空间中心科研人员揭示超级磁暴对中间层和低热层大气的影响

中间层和低热层(MLT)是从中性大气到电离层的过渡区域，既受低层大气扰动影响，又受到太阳和地磁活动的影响。这导致MLT区域在物理机制上涵盖了多尺度的动力学、电动力学、光化学等多种相互作用的过程，从而使得MLT区域的结构和变化异常复杂，一直是中高层大气研究的重点和难点区域。由于受限于全球观测的有限精度以及MLT区域环流的复杂性，研究人员对磁暴影响MLT区域温度变化的研究主要集中在剧烈变化的高纬地区，缺乏对磁暴影响全球中低纬MLT区域的研究。2024年5月10日和2003年10月29日发生的超级磁暴(G5级)引起MLT区域背景温度的变化显著超过了观测误差和其它因素引起的温度变化，为研究磁暴对全球MLT区域温度的影响提供很好的机会。

太阳活动与空间天气重点实验室中高层大气组徐寄遥研究员与河南师范大学刘晓教授等人合作利用TIMED卫星上搭载的SABER探测器测量的温度数据，结合本团队以往对提取中高层大气波动方法的理论和观测基础，研究了这两次超级磁暴对全球MLT区域温度影响，尤其是纬度和地方时依赖性。

研究发现，这两个超级磁暴引起全球MLT区域背景温度增加，而且增温的大小与地方时密切相关。在早晨和傍晚，全球平均温度增量分别超过20 K和15 K。高纬地区的温度增量在早晨时较大，而中低纬地区的温度增量在傍晚时较大(如图1所示)。进一步的分析表明，温度增量主要是由环流和垂直对流引起的绝热加热/冷却引起。在磁平静期MLT区域的本底环流在白天是赤道向的，在夜间是极向。在磁暴期间，由磁暴引起的附加环流起源于极光卵区域(~60-70°N)，并流向更高纬地区和中低纬地区。两种环流的叠加导致垂直对流以及温度增量依赖于地方时和纬度。

以上工作发表在国际期刊Geophysical Research Letters上。

图1：109 km和98 km高度上平静期和暴时温度变化量(ΔT)的全球分布。第1和3列表示平静期温度变化量(全球平均温度变化量小于1 K)。第2和4列表示暴时温度变化量。第1和第2列表示地方时05:30前后的结果，第3和第4列表示地方时20:30前后的结果。

Citation：

Liu, X., Xu, J., Yue, J., Wang, W., & Moro, J. (2025). Mesosphere and lower thermosphere temperature responses to the May 2024 Mother's Day storm. Geophysical Research Letters, 52, e2024GL112179. https://doi.org/10.1029/2024GL112179

（供稿：天气室）