基于GUVI观测数据的热层大气变化性研究

The ionospheric variability is controlled by thermospheric spatio-temporal variations, and the orbits of Low Earth Orbit satellites decay with time because of the atmospheric dragging force that is closely related to thermospheric density. In contrast to the lower atmosphere, the thermosphere is strongly driven by a series of external sources, including solar EUV and UV radiation, magnetospheric plasma convection, and forcing by wave activity penetrating upward from the lower atmosphere. Because of the lack of observations of the thermospheric altitudinal profiles, there are still many deficiencies in the understanding of the spatio-temporal variability of thermospheric density and compositions, and further research is urgently needed. GUVI onboard the TIMED satellite can use remote sensing to measure daytime altitudinal profiles of the thermospheric compositions (O, O2 and N2) density and temperature. Hence, based on GUVI observations and the coupled Ionosphere-Thermosphere model (such as GCITEM-IGGCAS developed by us) based simulation, we will study the thermospheric variabilities and physical mechanisms.

热层大气密度和成分的时空变化性不仅对电离层变化性有显著控制作用，还决定了低轨航天器的轨道大气阻力，因而是空间物理学和空间天气的重要方向。热层大气是一个外源驱动的系统，其密度和成分的变化受到太阳辐射以及源于磁层或中低层大气的各种扰动的驱动。由于缺少全高度剖面的观测，目前学界对于热层大气密度和成分变化性的认识仍有很多不足，迫切需要开展进一步的深入研究。TIMED卫星上搭载的GUVI仪器能利用临边观测手段反演日间热层大气主要中性成分（氧原子O、氧气分子O2和氮气分子N2）、中性密度和中性温度的高度剖面，为热层变化性研究提供了难得的机遇。本项目计划基于TIMED/GUVI观测数据分析热层大气密度和成分时空变化特征，特别是其高度变化特征，并进一步基于电离层-热层耦合模式（如自主开发的GCITEM-IGGCAS模式）的数值模拟研究热层时空变化背后的物理机制，从而加深我们对热层大气密度变化性的认识。

热层大气密度和成分的时空变化性不仅对电离层变化性有显著控制作用，还决定了低轨航天器的轨道大气阻力，因而是空间物理学和空间天气的重要方向。热层大气是一个外源驱动的系统，其密度和成分的变化受到太阳辐射以及源于磁层或中低层大气的各种扰动的驱动。由于缺少全高度剖面的观测，目前学界对于热层大气密度和成分变化性的认识仍有很多不足，迫切需要开展进一步的深入研究。.本项目的研究方向为“基于GUVI观测数据的热层大气变化性研究” 项目自2019年启动以来，围绕热层大气变化性研究方向开展了系统研究，在热层中性大气变化性研究、中高层大气潮汐变化性研究、电离层-中高层大气耦合模拟研究等等领域取得一系列进展和研究突破。.在热层中性大气变化性研究方面，基于TIMED/GUVI热层气辉观测数据反演的系列热层参数，分析了静日和暴时热层密度和O/N2比的变化特征，进行了相应的建模工作，并分析了相应热层参数中的季节变化特征、热层参数对磁暴的响应等。.在中高层大气潮汐变化性研究方面，分析了高时空分辨率的MLT区非迁移大气温度潮汐的时空分布的气候学和天气学（逐日变化）特征。.在电离层-中高层大气耦合模拟研究方面，基于GCITEM-IGGCAS模式，通过修改模式底部边界条件在模式底部边界添加大气潮汐的方式，研究了大气潮汐对于电离层-热层系统的影响。.2019年以来，上述工作共正式发表了16篇国际SCI学术论文。