中间层顶大气温度的地基探测技术取得重要进展

中间层顶（mesopause）位于中间层顶部和低热层底部，一般距离海平面90千米高度附近。中间层顶是地球上温度最低的地方，同时受纬度和季节等因素的影响，中间层顶的温度变化很大，比如高纬夏季中间层顶的温度可以低至130 K以下。由于其特殊的物理环境，在中间层顶处经常观测到各种极区中层夏季回波、极区中间层云以及其它特殊光化学物理现象等。同时中间层顶也存在着复杂的大气动力学现象，是中高层大气研究的热点区域。中间层顶大气温度的探测对了解该区域的光化学和物理特性以及其全球环境变化趋势有着重要意义。然而，中间层顶区域气体稀薄, 自由电子稀疏, 导致各种遥感回波信号微弱, 探测非常困难；且常用的气象探测手段无法达到中间层顶，卫星轨道也高于该区域，使得中间层顶大气温度的连续探测是中高层大气探测技术中的难题之一。如图1所示，流星雷达通过探测天空中时刻存在的流星尾迹得到背景大气参数信息，具有系统简单且稳定，全自动运行无人值守，以及全天候连续观测等优点，因此被广泛安装到全球低中高纬度地区，是目前中高层大气探测的重要手段之一。

近日中国科学技术大学地球和空间科学学院、中科院近地空间环境重点实验室窦贤康教授团队，如图2所示，利用南北极以及我国子午工程流星雷达的多年观测数据反演了中间层顶大气温度，并研究了全球中间层顶大气温度的季节变化。研究成果以“Climatologyof interhemispheric mesopause temperatures using the high-and middle-latitudemeteor radars”为题在线发表于大气科学权威刊物（Nature Index期刊）：Journal of Geophysical Research: Atmospheres上。薛向辉教授为通讯作者，易稳副研究员为第一作者。如图3所示，北极特罗姆瑟（Tromsø）流星雷达反演的14年中间层顶大气温度，并且与TIMED/SABER和Aura/MLS卫星温度吻合很好。如图4给出了南北极以及我国北方（漠河和北京）中间层顶大气温度的季节变化特征。该研究为流星雷达反演中间层顶大气温度的定标提供参考，也为将来流星雷达进一步反演中间层顶大气温度潮汐提供了研究基础。该研究得到了国内外同行的广泛认可，如全球流星雷达生产商ATRAD大气雷达公司对该研究成果进行了官方报道。流星雷达反演的大气温度数据被国家空间科学数据中心所采纳，作为研究中高层大气温度的参考资料。

上述研究得到了中科院战略性先导科技专项、国家自然科学基金、安徽省自然科学基金、中央高校基本科研业务费专项资金、中国博士后科学基金等的资助。同时，中国科学院地质与地球物理研究所、澳大利亚南极调查局和阿德莱德大学、挪威北极圈大学和日本极地研究所为本研究提供了流星雷达数据支持。

参考文献：Yi, W., Xue, X., Reid, I. M., Murphy, D. J., Hall,C. M., Tsutsumi, M., et al. (2021). Climatology of interhemispheric mesopausetemperatures using the high-latitude and middle-latitude meteor radars. Journalof Geophysical Research: Atmospheres, 126, e2020JD034301.https://doi.org/10.1029/2020JD034301

图1. 流星雷达工作演示图

图2. 北极斯瓦尔巴（Svalbard）、特罗姆瑟（Tromsø）、漠河、北京以及南极戴维斯（Davis）流星雷达的地理位置。

图3. 特罗姆瑟站（Tromsø）流星雷达反演的中间层顶大气温度与SABER卫星温度对比结果。

图4. 由上至下：南极戴维斯（Davis）、北极斯瓦尔巴（Svalbard）和特罗姆瑟（Tromsø）、漠河、北京中间层顶大气温度的季节变化特征。