日本科學家創建了第一個關於地球整個大氣層的長期數據集，一直延伸到太空。
他們希望該項目將有助於揭示我們星球的氣體覆蓋層內發生的一些鮮為人知的過程，包括宏偉的。
然而，把目光放得更高一點，故事就完全不同了。中間層是平流層上方的稀疏空氣層，幾乎到達太空邊緣，這在很大程度上是一個完全未知的事物。人們對中間層的過程知之甚少，因此該區域有時被稱為“無知層”。我們知識中的這一空白是由於無知層的不可到達性造成的——它對於平流層氣球來說太高，而對於近地軌道衛星上的儀器來說通常太低而無法探索。
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東京大學的一組研究人員試圖使用計算機建模來解決這個問題。他們通過探空火箭、地基雷達和激光雷達儀器對無知圈中的氣象參數進行了罕見的測量，並將其輸入到他們之前開發的新數據同化系統中。數據同化是一種將建模與直接觀察相結合來預測系統演化的技術。然後系統被指示重建中間層內可能發生的情況以填補空白。
日本研究人員使用該模型生成了 19 年的數據，涵蓋了 110 公里（68.4 英里）高度的整個大氣層的演變。然後，他們使用地面雷達獲得的中層風的額外測量結果來驗證模型中的一些參數，以獲得對其結果的信心。
該數據集涵蓋 2004 年 9 月至 2023 年 12 月期間，將使研究人員能夠探索和模擬發生在高海拔地區的一些神秘現象，包括迷人的北極光及其對應的南極光。
“對於對流層和平流層，我們擁有大量數據，該區域的數值模型幾乎是完美的，”東京大學大氣物理學教授、該項目的首席研究員佐藤薰告訴 Space.com。 “在上面的區域中，模型的表現不佳，因為它們沒有初始條件的準確數據。我們的數據集可以提供這一點。”
無知層是發生許多與空間天氣相關影響的大氣區域。當帶電粒子從當它們撞擊我們的星球時，它們與地球上方的稀薄氣體混合，激發空氣分子。當這種情況發生時，分子會發出令人著迷的光芒，我們可以在地球上觀察到極光。但太空天氣對大氣層還有其他不太明顯的影響。
“高能太陽粒子可以改變臭氧化學並破壞臭氧層，”佐藤說。 “我們還知道極光現象可以產生我們所說的重力波，然後向下傳播到大氣中。”
重力波（不要誤認為是黑洞碰撞等戲劇性遭遇產生的引力波）是整個大氣層中發生的漩渦。它們在全球範圍內運輸能源，從而影響氣候模式。然而，到目前為止，氣候建模者還無法理解高海拔地區發生的重力波的影響。
佐藤說：“我們的數據集為大氣環流模型提供了非常高分辨率的初始條件。” “因此，它使我們能夠模擬整個大氣層中的重力波，從表面到太空邊緣。”
這些數據還將幫助研究人員更好地模擬低層大氣的過程如何影響電離層，電離層是海拔 50 英里（80 公里）以上的大氣層，其中氣態粒子不斷被太陽風電離。佐藤說，大氣波，包括重力波和全球範圍的潮汐波，會影響電離層發電機，這是一個通過之間的相互作用在地球周圍產生電流的過程。電離層電離空氣的線條和運動。
研究人員希望他們的數據集能夠幫助破解其他謎團，例如，在 2000 年代末首次觀察到的被稱為半球間耦合的奇怪現象。佐藤說，半球間耦合是南極中層和平流層之間的假設連接，其中罕見的高空雲經常同時出現和消失，通常是在一月份。
“如果我們想了解這種半球間耦合背後的機制，我們需要數據，”佐藤說。 “我們的數據集可以提供非常有價值的信息來解決這種耦合問題。”
一張紙1 月 10 日，《地球與行星科學進展》雜誌發表了對日本團隊所做工作的描述。
最初發佈於太空網。
