中高層大氣風場是中高層大氣動力學、光化學和電動力學過程研究以及應用中的重要參數(shù)之一。它通過環(huán)流影響全球大氣結構和大氣成分的分布；通過對大氣波動的調(diào)制影響其傳播過程；通過中性成分與帶電粒子之間的碰撞影響電動力學過程。目前對風場觀測的現(xiàn)狀是：一般是通過地基觀測獲得部分地點或者部分高度上的風場，通過衛(wèi)星觀測可以實現(xiàn)全球覆蓋，但高度范圍和地方時覆蓋非常有限。再分析數(shù)據(jù)是利用觀測和理論相結合對各參數(shù)進行全區(qū)域和全地方時重構，其可靠高度范圍僅到60km左右。因此，開展星地聯(lián)合觀測和理論分析，獲得具有長期連續(xù)時空分布的中高層大氣風場，在一定程度上可以解決大氣動力學、光化學和電動力學過程研究及其應用對風場數(shù)據(jù)的緊迫需求。
最近，我院劉曉教授與國內(nèi)外多家單位合作利用TIMED衛(wèi)星上搭載的SABER探測器測量的從2002年至今的大氣溫度和壓強等參數(shù)，借助于平衡風理論和地基流星雷達的觀測數(shù)據(jù)，獲得了高度范圍為18-100 公里和緯度范圍為50°S~50°N的從2002年到2019年期間逐月緯向風場數(shù)據(jù)集(簡稱全球平衡風數(shù)據(jù))。合作單位包括中國科學院國家空間科學中心，中國科學院地質(zhì)與地球物理研究所，美國漢普頓大學，美國猶他大學，巴西空間研究所等。
通過與MERRA2再分析數(shù)據(jù)、UARS衛(wèi)星參考風場數(shù)據(jù)（UARP）、水平風場經(jīng)驗模式（HWM14）以及分布在29.7°S~53°N范圍內(nèi)7個地基臺站流星雷達和激光雷達觀測數(shù)據(jù)的對比分析，驗證了該數(shù)據(jù)集從平流層到低熱層的大垂直跨度和18年的大時間跨度內(nèi)均具有良好的可靠性。
目前，上述研究成果以Global balanced wind derived from SABER temperature and pressure observations and its validations為題，發(fā)表在Earth System Science Data上 (影響因子11.33)，對應的數(shù)據(jù)集已在國家空間科學數(shù)據(jù)中心在線發(fā)布。該風場數(shù)據(jù)集可用于研究平流層到低熱層大氣的季節(jié)變化、年際變化、QBO、ENSO以及太陽周等多尺度過程的全球特征，也可作為研究大氣波動傳播和互相作用的風場背景數(shù)據(jù)。
該研究工作得到國家自然科學基金委、中國科學院大型基礎設施（子午工程）開放研究項目、中國科學院穩(wěn)定支持基礎研究領域青年團隊計劃、河南自然科學基金、空間天氣學國家重點實驗室專項研究基金和開放研究課題等的資助。
圖1. 由平衡風理論得到的赤道上空2002-2019年18-100公里的緯向風場（圖a），和重建后的緯向風場（圖b和c）。重建風場克服了赤道上空80-100 km高度范圍內(nèi)的虛假東向風。
圖2. 重建風場與流星雷達觀測結果的比較（黑線：重建風場；紅線：流星雷達實測的緯向風場）。
論文鏈接：https://doi.org/10.5194/essd-13-5643-2021
數(shù)據(jù)鏈接：https://doi.org/10.12176/01.99.00574
該項工作于2021年12月31日在如下網(wǎng)站同時報道：
中國科學院官網(wǎng)：https://www.cas.cn/syky/202112/t20211231_4820413.shtml
中國科學院國家空間中心官網(wǎng)：http://www.nssc.ac.cn/xwdt2015/kydt2015/202112/t20211231_6331276.html
中國科學院國家空間科學數(shù)據(jù)中心官網(wǎng)：https://www.nssdc.ac.cn/mhsy/html/newsdec.html?5253ac41-c6c2-4808-bedd-b7062e830e98
