中高层大气是地球大气向太空过渡的关键区域，在日地空间环境大气圈层耦合中起着承上启下的作用，是日地空间环境研究中的一个重要区域。而中间层-低热层大气（60-120千米）是中高层大气最具代表性的区域，该区域的大气运动非常剧烈，且大气波动最为丰富，是天然的大气动力学实验室。其中大气潮汐波是中间层-低热层中最重要的大气动力学过程之一，其复杂的动力学机制具有广泛的科学研究价值。同时，对中间层-低热层大气环境监测特别是大气风场、温度和密度的实时监测对临近空间飞行器的运行、航天器的发射和着陆都有重要的应用价值。
中国科学技术大学地球和空间科学学院薛向辉教授团队在2014年3月安徽蒙城地球物理国家野外科学观测研究站（33.36°N, 116.49°E）安装一台全天空流星雷达，如图1所示为全天空流星雷达的工作示意图，该雷达已经连续观测近10年，且目前仍然在观测运行。近期薛向辉教授团队报道了中国科大蒙城流星雷达9年（2014-2022）的水平风场及大气潮汐的观测结果。如图2所示，北半球中纬度地区中间层-低热层大气水平风场存在明显的周年变化，在84千米以上，纬向水平风场在夏季表现为东向风场，冬季表现为西向风场；而在84千米以下，冬季为东向风场，春季为西向风场。经向风场则表现出冬季为北向风场，夏季为南向风场。
此外，团队蒙城流星雷达（33.4°N，116.5°E）观测的9年双极扩散系数反演的中间层顶大气温度和相对密度。并将流星雷达大气温度和相对密度与TIMED/SABER和EOS Aura/MLS卫星观测数据进行交叉对比，结果表明流星雷达大气温度和密度与卫星观测结果一致。中间层顶大气温度主要表现为周年变化，其中冬季大气温度最高，夏季大气温度最低。中间层顶大气密度也主要表现为周年变化，在春分日左右大气密度最高值，在冬至日之前出现较高最值，而在夏季出现最低值。
研究还发现，图3给出了中间层顶大气密度表现出与纬向风场相似的季节变化规律；随着纬向风场东向（西向）增强，中间层顶大气密度则出现减少（增加）。同时，经向风场也表现出与中间层顶大气温度相似的季节变化规律；随着经向风场北向（南向）增强，中间层顶大气温度则出现升高（降低）。 蒙城流星雷达观测结果表明，流星雷达具有同时获取中间层顶大气风场、温度和密度多参数的能力，为研究中间层-低热层大气动力学和热力学过程及现有经验大气模式的改进提供了观测数据支持。
上述研究成果分别以“Observation of MLT region winds and tides by the USTC Mengcheng meteor radar”和“Mesopause temperatures and relative densities at midlatitudes observed by the Mengcheng meteor radar”为题在线发表于JUSTC和Earth Planetary Physics期刊，并被评选为期刊封面文章（如图4所示）。薛向辉教授为通讯作者，易稳副研究员为第一作者。该研究工作得到了研究得到了国家自然科学基金、安徽蒙城地球物理国家野外科学观测研究站联合开放基金、安徽省自然科学基金、中央高校基本科研业务费专项资金的资助。
参考文献：
1. Yi, W., Xue, X. H., Lu, M. L., Zeng, J., Ye, H. L., Wu, J. F., Wang, C., and Chen, T. D. (2023). Mesopause temperatures and relative densities at midlatitudes observed by the Mengcheng meteor radar. Earth Planetary Physics, 7(6), 1–10. http://doi.org/10.26464/epp2023083
2. Yi W, Xue X H, Zeng J, et al. Observation of MLT region winds and tides by the USTC Mengcheng meteor radar. JUSTC, 2023, 53(5): 0501. DOI: 10.52396/JUSTC-2022-0158
图1. 中国科大蒙城全天空流星雷达工作示意图，流星雷达的发射天线由两个相互正交八木天线组成，发射频率为38.9 MHz，接收天线阵为由五副交叉圆极化两单元八木天线组成。右上角为蒙城流星雷达2021年10月16日观测的17191个流星回波的地面投影。
图2. 中国科大蒙城流星雷达观测的2014至2022年中间层-低热层大气（a）纬向风场（东向风为正）和（b）经向风场（北向风为正）的月平均值。
图3. 蒙城流星雷达观测的中间层-低热层大气（a）纬向和（b）经向风场季节变化，Aura/MLS卫星观测的中间层-低热层大气相对密度季节变化，（d）TIMED/SABER卫星观测的中间层-低热层大气温度季节变化。
图4. JUSTC期刊封面文章报道