基于全大气耦合模式研究热层金属层的全球时空分布特征
批准号:
42074181
项目类别:
面上项目
资助金额:
59.0 万元
负责人:
吴建飞
依托单位:
学科分类:
空间天气学
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
吴建飞
中文摘要
针对热层金属层缺少全球研究的现状,本项目拟通过新开发完成的全大气耦合金属层模式,结合卫星观测和多站点激光雷达的长期金属层探测资料,研究热层金属原子和离子层的全球时空分布特征,及其对太阳活动的响应。通过模式和激光雷达对典型事例的对比研究,探索热层金属层形成的可能机制。利用全球模式和准全球金属层卫星观测数据,尝试获得热层金属原子和离子层的全球分布图。拟利用特定动力版热层金属层模式(SD-WACCM-X-Metal),通过结合低层大气再分析数据和电离层电磁场分布,研究大气动力学过程以及电磁场对热层金属原子和离子分布的影响。综合分析模式长期模拟结果并与金属层卫星观测数据作对比,研究热层金属层的时序变化和长期趋势变化,尝试理解热层金属原子和离子对太阳活动的响应,探索其向上与电离层相互耦合的机制。
英文摘要
Given the lack of global research on metal layers in the thermosphere, this project will study the global spatiotemporal distribution of metal atom and ion layers in the thermosphere, as well as their response to solar activities through the newly developed whole atmosphere coupled metal layer model (WACCM-X-Metal), combined with satellite observation and long-term metal layer detection data by multisite lidars. The possible mechanism of the formation of the thermosphere metal layers is explored through the comparative study of the typical cases by model and lidar. With the help of the global model and quasi global metal layer data by satellites, we will obtain the global distribution of metal atom and ion layers in the thermosphere. The SD-WACCM-X-Metal model will be used to study the influence of the atmospheric dynamic process and electromagnetic field on the thermosphere metal atom and ion distribution by nudging the reanalysis data of the lower atmosphere and coupling the electromagnetic field in the ionosphere. To understand the response of thermosphere metal atoms and ions to solar activity and explore the mechanism of their coupling with the ionosphere, we will focus on the variations and long-term trend of the thermosphere metal layers by analyzing a long-term simulation of the model and comparing with the satellite observation.
本项目深入研究了中高层大气中的金属层,尤其是热层金属层的形成机制这一科学难题。通过将金属离子全输运过程整合到全大气耦合模式WACCM-X中,我们开发了首个自洽的全球热层金属层耦合模式,模式顶高度约500公里,为金属层全球活动研究提供了新的工具。项目模拟了大气金属离子的季节性输运,并与卫星及地基观测结果相吻合,首次发现金属离子(偶发E层)存在显著的跨半球子午输运过程,解释了电离层长期未解决的电离层偶发E层季节变化的机制问题。由于观测的局限性,过去金属层日变化研究中,主要集中于光化学影响,本项目通过分析近十年OSIRIS/Odin卫星数据和模式结果,揭示了非迁移周日潮对金属层的影响,弥补了以往研究中对动力学过程认识的不足。本项目研究已达到了预期的研究目标,取得了一系列原创性的研究成果。特别是,关于热层金属层耦合模式的两项研究成果都被欧洲地球科学联合会(EGU)和《大气化学与物理》(ACP)期刊选为亮点文章,并在EGU官网首页展示,显示了其重要的科学意义和国际影响力。这些成果不仅增进了我们对中高层大气动力学和光化学过程的理解,也为全球气候变化研究和空间天气预报提供了宝贵的科学依据。
地球和火星大气中金属离子的比较研究
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批准号:42374183
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项目类别:面上项目
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资助金额:51万元
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批准年份:2023
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负责人:吴建飞
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依托单位:
热层金属层的全球模式研究
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批准号:41704148
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:25.0万元
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批准年份:2017
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负责人:吴建飞
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依托单位:
国内基金
海外基金