近日，創(chuàng)刊于1896年的國際著名期刊Journal of Geophysical Research-Space Physics發(fā)表了河南師范大學電波研究院劉陽坤博士、空間天氣學國家重點實驗室徐寄遙研究員、美國國家大氣研究中心的Anne K. Smith研究員、以及河南師范大學電波研究院劉曉教授的最新系列研究成果，河南師范大學為論文第一單位。該工作利用TIMED Doppler interferometer（TIDI）觀測到的20年的全球中性水平風場數(shù)據(jù)，揭示了潮汐風場的季節(jié)變化及其對平流層準兩年振蕩及太陽活動周期的響應特征，并且給出了不同潮汐分量隨時間變化的經(jīng)驗公式。

大氣潮汐波是中高層大氣中非常重要的一類大尺度強烈波動現(xiàn)象。大氣潮汐波的振幅在中間層低熱層（mesosphere and lower thermosphere, MLT）區(qū)域很大，從而嚴重影響該區(qū)域的動力學、光化學、輻射、以及能量收支與轉(zhuǎn)換，并且可以進一步引起熱層和電離層中多種參數(shù)和物理過程的變化。目前，對全球范圍內(nèi)潮汐風場的每個分量的季節(jié)變化和年際變化缺乏系統(tǒng)的研究。同時潮汐波的參數(shù)化對于全球大氣模式的構(gòu)建非常重要。

基于長期連續(xù)的全球風場數(shù)據(jù)，對低熱層區(qū)域（85 km?105 km）的全球潮汐風場（周日潮汐、半日潮汐、8小時潮汐）的季節(jié)變化及其對平流層準兩年振蕩和太陽活動周期的響應進行了系統(tǒng)性研究。為避免磁暴的干擾，我們選取地磁平靜期（Kp≤3）的觀測數(shù)據(jù)。研究發(fā)現(xiàn)，潮汐風場在其振幅最大的區(qū)域均表現(xiàn)出顯著的季節(jié)變化和年際變化。如圖1所示，遷移潮汐分量不僅表現(xiàn)出顯著的年變化（AO）和半年變化（SAO），同時研究發(fā)現(xiàn)遷移潮汐分量還表現(xiàn)出顯著的三分之一年變化（TAO），而非遷移潮汐分量則沒有表現(xiàn)出顯著的三分之一年變化。另外，該研究表明潮汐風場的季節(jié)變化對平流層準兩年振蕩和太陽活動周期具有顯著的不可忽略的響應。最后，該研究給出了潮汐風場的振幅和相位隨時間變化的參數(shù)化經(jīng)驗公式。如圖2和圖3所示，該經(jīng)驗公式能較好地描述每個潮汐分量的振幅隨時間的變化的特征和相位隨高度的變化特征。相關經(jīng)驗公式和數(shù)據(jù)存放在國家空間科學數(shù)據(jù)中心，方便廣大同行使用。

論文鏈接如下：

 Liu, Y., Xu, J., Smith, A. K., & Liu, X. (2024a). Seasonal and interannual variations of global tides in the mesosphere and lower thermosphere neutral winds: I. Diurnal tides. Journal of Geophysical Research: Space Physics, 129, e2023JA031887. https://doi.org/10.1029/2023JA031887

 Liu, Y., Xu, J., Smith, A. K., & Liu, X. (2024b). Seasonal and interannual variations of global tides in the mesosphere and lower thermosphere neutral winds: II. Semidiurnal and terdiurnal tides. Journal of Geophysical Research: Space Physics, 129, e2023JA031846. https://doi.org/10.1029/2023JA031846

周日潮汐、半日潮汐和8小時潮汐的經(jīng)驗公式的IDL代碼和數(shù)據(jù)集鏈接如下：

 Liu, Y., Xu, J., Smith, A. K., & Liu, X. (2023a). Empirical formulas for temporal variations of amplitudes of diurnal tides in horizontal wind in the mesosphere and lower thermosphere. (Version V2) [Dataset]. Science Data Bank. https://doi.org/10.57760/sciencedb.o00009.00227

 Liu, Y., Xu, J., Smith, A. K., & Liu, X. (2023b). Empirical formulas for temporal variations of amplitudes of semidiurnal tides in horizontal wind in the mesosphere and lower thermosphere. (Version V2) [Dataset]. Science Data Bank. https://doi.org/10.57760/sciencedb.o00009.00229

 Liu, Y., Xu, J., Smith, A. K., & Liu, X. (2023c). Empirical formulas for temporal variations of amplitudes of terdiurnal tides in horizontal wind in the mesosphere and lower thermosphere. (Version V2) [Dataset]. Science Data Bank. https://doi.org/10.57760/sciencedb.o00009.00230

圖1. 在緯向風（a-c）和經(jīng)向風（d-f）中，周日潮汐分量（DW1：a和d；DE3：b和e；DW2:c和f）的年平均振幅（第一列）、年變化振幅（第二列）、半年變化振幅（第三列）和三分之一年變化振幅（第四列）的20年平均緯度-高度分布。峰值區(qū)域用黑色虛線圈出。.

圖2. 緯向DW1（a）、經(jīng)向DW1（b）、緯向DE3（c）、經(jīng)向DE3（d）、緯向DW2（e）和經(jīng)向DW2（f）在其峰值緯度和高度（緯度和高度標記在圖中）的原始（黑點）和重構(gòu)（紅線）振幅。相關系數(shù)（CCs）、平均誤差（ME）和均方根誤差（RMSE）標記在圖中。ME和RMSE與其潮汐分量的平均振幅的比例標注在括號中。

圖3. DW1（緯向：a1；經(jīng)向：a2）、DE3（緯向：b1；經(jīng)向：b2）、DW2（緯向：c1；經(jīng)向：c2）的原始相位（黑點）和重構(gòu)相位（紅線）在其峰值緯度和季節(jié)的垂直剖面。

撰稿| 劉陽坤

編輯| 劉陽坤

審核| 趙志軍