基于FPI观测的地磁中纬度地区热层大气动力学研究

The Earth’s thermosphere is from 90 to 500 km, which is an important region for spacecraft flying and its orbit-control. Thermosphere is primarily an externally-forced system with solar EUV force and geomagnetic energy force, and meanwhile is affected by the upward transport energy from lower atmosphere. It is very meaningful for science and orbit spaceflights to measure and study the Earth’s thermosphere.. This proposal plans to mainly investigate how the thermosphere at 250 km is affected by solar activity and geomagnetic activity using the wind data detected by Xinglong Fabry-Perot Interferometer (40.2N, 117.4E, geomagnetic latitude 35N). Three studies will be focused on: (1) the seasonal dependence of the thermospheric wind, especially the semiannual variation, (2) the geomagnetic activity dependence of the thermosphere and (3) the characteristics of 8-hour tide in thermosphere. The results of our study will benefit the knowledge of thermospheric dynamics..

地球热层大气指的是大气中间层顶（约90-100公里）以上的区域，是各类卫星等关系国计民生飞行器运行的主要区域。热层大气主要受太阳、地磁等外部强迫系统影响，此外也受到来自低层大气扰动的影响。对热层大气的探测和研究不仅有科学意义，也有重要的应用意义。.. 本项目基于子午工程兴隆FPI光学干涉仪（40.2N, 117.4E, 地磁纬度35N）观测的2010-2016年250公里高度处热层大气风场数据，联合TIEGCM模式，揭示地磁中纬度热层大气风场在不同太阳活动水平下的季节特征、在地磁扰动下的变化特征及250公里处大气8小时潮汐的变化规律，拓展对太阳地磁活动如何影响热层大气的认知，推动热层大气动力学研究。

本项目基于地基FPI光学干涉仪、电离层-高层大气模式TIEGCM 、GOCE卫星观测，研究了250公里高度处热层大气风场变化。目前已完成项目研究目标，工作内容：（1）揭示地磁中纬度热层大气风场不同地方时、季节等的特征；（2）比较地基FPI光学探测的和GOCE卫星加速计推算的风场数据的异同及系统偏差，并研究了热层风场的年变化；（3）分析了热层大气在低纬度和中纬度随太阳活动的变化特征；（4） 研究了热层大气8小时潮汐的变化规律。主要结果总结如下：. 基于平静期FPI热层风场的探测和模式模拟，比较且研究了热层风场的地方时、季节和经度变化。研究显示：相比兴隆和岢岚，Millstone Hill的风场偏南和偏西；风场翻转时刻比兴隆和岢岚也更早。TIEGCM模式风场在冬季与观测符合较好，夏季较差；且模式对Millstone Hill的风场再现的更好。HWM14模式风场与FPI风场符合的非常好，尤其是模式的南北风分量在全年都与观测基本一致。HWM14风场与FPI观测相差较多的是在冬季的东西风向分量上。总的来说，HWM14模式对Millstone Hill热层风场的再现比兴隆和岢岚更好一些。. 基于GOCE卫星和四台地基FPI探测的热层风场数据，对比分析两类仪器所测得的低纬度-中纬度热层大气风场。结果显示：（1）地磁平静期昏侧GOCE卫星与几台FPI测得的风场基本都为正值，且具有一致的季节变化，最大和最小风速分别出现在12月份和6月份附近。两类风场的互相关系数约为0.6，但GOCE风场比FPI风场速度值更大些，平均倍率为1.37-1.69。（2）地磁扰动期两类风场速度值有更大的差异，亚洲扇区倍率为0.85，美洲扇区倍率为2.15。两类风场的不一致的原因应该是两种技术本身探测原理不同造成的。（3）低纬度热层风场随太阳活动变化更明显。