日本科学家创建了第一个关于地球整个大气层的长期数据集，一直延伸到太空。
他们希望该项目将有助于揭示我们星球的气体覆盖层内发生的一些鲜为人知的过程，包括宏伟的。
的一些部分被不断地以令人难以置信的细节进行研究。例如，世界各地数百万个气象站、数百个气象气球和无数飞机每天提供整个对流层（大气层最低区域）的测量结果。气球还到达平流层的下部，即对流层上方的层。这些测量产生的数据量如此之大，以至于现代计算天气模型几乎万无一失。
然而，把目光放得更高一点，故事就完全不同了。中间层是平流层上方的稀疏空气层，几乎到达太空边缘，这在很大程度上是一个完全未知的事物。人们对中间层的过程知之甚少，因此该区域有时被称为“无知层”。我们知识中的这一空白是由于无知层的不可到达性造成的——它对于平流层气球来说太高，而对于近地轨道卫星上的仪器来说通常太低而无法探索。
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东京大学的一组研究人员试图使用计算机建模来解决这个问题。他们通过探空火箭、地基雷达和激光雷达仪器对无知圈中的气象参数进行了罕见的测量，并将其输入到他们之前开发的新数据同化系统中。数据同化是一种将建模与直接观察相结合来预测系统演化的技术。然后系统被指示重建中间层内可能发生的情况以填补空白。
日本研究人员使用该模型生成了 19 年的数据，涵盖了 110 公里（68.4 英里）高度的整个大气层的演变。然后，他们使用地面雷达获得的中层风的额外测量结果来验证模型中的一些参数，以获得对其结果的信心。
该数据集涵盖 2004 年 9 月至 2023 年 12 月期间，将使研究人员能够探索和模拟发生在高海拔地区的一些神秘现象，包括迷人的北极光及其对应的南极光。
“对于对流层和平流层，我们拥有大量数据，该区域的数值模型几乎是完美的，”东京大学大气物理学教授、该项目的首席研究员佐藤薰告诉 Space.com。 “在上面的区域中，模型的表现不佳，因为它们没有初始条件的准确数据。我们的数据集可以提供这一点。”
无知层是发生许多与空间天气相关影响的大气区域。当带电粒子从当它们撞击我们的星球时，它们与地球上方的稀薄气体混合，激发空气分子。当这种情况发生时，分子会发出令人着迷的光芒，我们可以在地球上观察到极光。但太空天气对大气层还有其他不太明显的影响。
“高能太阳粒子可以改变臭氧化学并破坏臭氧层，”佐藤说。 “我们还知道极光现象可以产生我们所说的重力波，然后向下传播到大气中。”
重力波（不要误认为是黑洞碰撞等戏剧性遭遇产生的引力波）是整个大气层中发生的漩涡。它们在全球范围内运输能源，从而影响气候模式。然而，到目前为止，气候建模者还无法理解高海拔地区发生的重力波的影响。
佐藤说：“我们的数据集为大气环流模型提供了非常高分辨率的初始条件。” “因此，它使我们能够模拟整个大气层中的重力波，从表面到太空边缘。”
这些数据还将帮助研究人员更好地模拟低层大气的过程如何影响电离层，电离层是海拔 50 英里（80 公里）以上的大气层，其中气态粒子不断被太阳风电离。佐藤说，大气波，包括重力波和全球范围的潮汐波，会影响电离层发电机，这是一个通过地球磁场线与电离层电离空气运动之间的相互作用在地球周围产生电流的过程。
研究人员希望他们的数据集能够帮助破解其他谜团，例如，在 2000 年代末首次观察到的被称为半球间耦合的奇怪现象。佐藤说，半球间耦合是南极中层和平流层之间的假设连接，其中罕见的高空云经常同时出现和消失，通常是在一月份。
“如果我们想了解这种半球间耦合背后的机制，我们需要数据，”佐藤说。 “我们的数据集可以提供非常有价值的信息来解决这种耦合问题。”
一张纸1 月 10 日，《地球与行星科学进展》杂志发表了对日本团队所做工作的描述。
最初发布于太空网。
