近日，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)地球和空間科學(xué)學(xué)院薛向輝教授課題組利用中國(guó)科大在我國(guó)中東部地區(qū)建立的多站流星雷達(dá)系統(tǒng),，發(fā)展了基于多站流星雷達(dá)組網(wǎng)觀測(cè)的中高層大氣三維風(fēng)場(chǎng)成像技術(shù),，將水平分辨率從400千米提高到30千米，并提出了垂直風(fēng)反演方法,，實(shí)現(xiàn)了我國(guó)中東部地區(qū)中高層大氣區(qū)域三維風(fēng)場(chǎng)精細(xì)探測(cè),。相關(guān)研究成果以“Mesosphere/lower thermosphere 3-dimensional spatially resolved winds observed by Chinese multistatic meteor radar network using the newly developed VVP method”為題發(fā)表于大氣科學(xué)國(guó)際知名學(xué)術(shù)期刊《地球物理研究雜志：大氣》（Nature Index期刊）上。
中高層大氣是地球大氣向太空過渡的關(guān)鍵區(qū)域,，在日地空間各個(gè)大氣圈層耦合過程中起著承上啟下的作用,。中間層-低熱層作為研究中高層大氣的代表區(qū)域，有著非常劇烈的大氣運(yùn)動(dòng)和最為豐富的大氣波動(dòng)現(xiàn)象,，因此對(duì)探測(cè)該區(qū)域內(nèi)的大氣風(fēng)場(chǎng)對(duì)于理解其內(nèi)部大氣動(dòng)力學(xué)過程及動(dòng)量能量的垂直輸運(yùn)過程有著重要意義,。
流星雷達(dá)是中高層大氣風(fēng)場(chǎng)探測(cè)的主要手段之一。目前國(guó)內(nèi)外流星雷達(dá)通常采用的是單站自發(fā)自收觀測(cè)模式（即雷達(dá)接收機(jī)和發(fā)射機(jī)位于同一處），利用流星尾跡的后向散射回波反演水平風(fēng)場(chǎng),。然而,，單站流星雷達(dá)反演風(fēng)場(chǎng)時(shí)需假設(shè)整個(gè)觀測(cè)范圍（半徑約為200千米）內(nèi)的風(fēng)場(chǎng)為相同速度和方向（即水平風(fēng)場(chǎng)的同一性），這意味著只能獲得大氣水平平均風(fēng)場(chǎng),，缺乏水平方向上的分辨率,。另一方面，大氣垂直風(fēng)可以直接反映大氣動(dòng)量,、能量和成分的垂直輸運(yùn)過程,，這對(duì)于研究全球大氣的動(dòng)力學(xué)過程及其經(jīng)向環(huán)流具有重要意義。但是中間層-低熱層大氣垂直風(fēng)量級(jí)很?。ㄍǔＶ挥?.1cm/s至1m/s）,，導(dǎo)致對(duì)垂直風(fēng)探測(cè)技術(shù)的精度要求很高，因此中間層-低熱層大氣垂直風(fēng)探測(cè)是目前中高層大氣探測(cè)技術(shù)中最薄弱的環(huán)節(jié)之一,，數(shù)據(jù)非常稀缺,。
針對(duì)上述問題，為了實(shí)現(xiàn)中間層-低熱層大氣區(qū)域三維精細(xì)風(fēng)場(chǎng)探測(cè),，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)中高層大氣團(tuán)隊(duì)在中國(guó)中東部地區(qū)建立了我國(guó)首套多站流星雷達(dá)系統(tǒng),，發(fā)展了多站流星雷達(dá)間信號(hào)的互發(fā)互收技術(shù)，實(shí)現(xiàn)多站流星雷達(dá)組網(wǎng)觀測(cè),。如圖1所示,，該多站流星雷達(dá)系統(tǒng)包括蒙城、肥東流星雷達(dá)以及長(zhǎng)豐遠(yuǎn)程接收站,，中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所武漢站流星雷達(dá),，組成了3發(fā)5收多站流星雷達(dá)系統(tǒng)。多站流星雷達(dá)不僅可以擴(kuò)大觀測(cè)范圍,、增加流星探測(cè)數(shù)量，最重要的是由于能夠同時(shí)對(duì)同一片區(qū)域從不同角度進(jìn)行觀測(cè),，最終可以實(shí)現(xiàn)中間層-低熱層大氣三維風(fēng)場(chǎng)探測(cè),。
圖1. 中國(guó)中東部多站流星雷達(dá)觀測(cè)網(wǎng)工作示意圖（從左至右：肥東、長(zhǎng)豐,、蒙城,、武漢站）。
在此基礎(chǔ)上,，薛向輝教授課題組與瑞士伯爾尼大學(xué)應(yīng)用物理研究所Gunter Stober教授團(tuán)隊(duì)合作,，發(fā)展了基于中東部多站流星雷達(dá)系統(tǒng)的三維風(fēng)場(chǎng)成像技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了中間層-低熱層大氣三維風(fēng)場(chǎng)探測(cè),。圖2展示了我國(guó)中東部地區(qū)中間層-低熱層大氣區(qū)域二維水平風(fēng)場(chǎng)變化情況,，通過對(duì)大氣風(fēng)場(chǎng)的精細(xì)化探測(cè)，發(fā)現(xiàn)該區(qū)域大氣風(fēng)場(chǎng)呈現(xiàn)復(fù)雜的動(dòng)力學(xué)過程，如大氣風(fēng)場(chǎng)的匯聚,、旋轉(zhuǎn),、發(fā)散等過程。另外,，利用多站流星雷達(dá)系統(tǒng),，該研究首次實(shí)現(xiàn)了中緯度地區(qū)中間層-低熱層大氣垂直風(fēng)的長(zhǎng)期連續(xù)觀測(cè)。觀測(cè)得到垂直風(fēng)基本小于1m/s,，符合理論量級(jí),，填補(bǔ)了該區(qū)域垂直風(fēng)連續(xù)探測(cè)的空白。目前,，該多站流星雷達(dá)系統(tǒng)正在開展日常觀測(cè),，已積累超過兩年的連續(xù)觀測(cè)數(shù)據(jù)，可以為我國(guó)中高層大氣環(huán)境實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和科學(xué)研究提供數(shù)據(jù)支撐,。
圖2. 多站流星雷達(dá)系統(tǒng)觀測(cè)的中東部地區(qū)中間層-低熱層大氣二維水平風(fēng)場(chǎng),。
論文第一作者為地球和空間科學(xué)學(xué)院博士生曾潔，通訊作者為薛向輝教授和易穩(wěn)副教授,。合作者還包括了中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所李國(guó)主研究員,、寧百齊研究員以及澳大利亞阿德萊德大學(xué)Iain Reid教授等。中國(guó)科大為該論文第一單位,。此研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金,、中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)、雙一流專項(xiàng)資助,，安徽省自然科學(xué)基金,、子午工程、瑞士國(guó)家自然科學(xué)基金等的資助,。同時(shí),，中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所為本研究提供了武漢流星雷達(dá)數(shù)據(jù)支持。
論文鏈接：https://doi.org/10.1029/2023JD040642
（地球和空間科學(xué)學(xué)院,、科研部）
