空间中心科研人员基于OH气辉观测获得新的中间层顶区域化学加热速率数据产品

中间层顶区域（约80–100 km）是连接低层大气与高层大气的关键过渡区，动力学、光化学与能量过程在此紧密耦合，是日地空间全链条研究中的关键环节。该区域的能量收支是中高层大气研究的核心科学问题之一，能量平衡在很大程度上依赖于原子氢、原子氧等活性成分参与的放热化学反应所释放的化学加热。然而，由于关键反应物难以直接探测，加之OH气辉辐射机制本身存在不确定性，目前该区域长期的全球化学加热速率产品主要依赖热层-电离层-中间层能量学和动力学卫星（TIMED）/大气宽带发射辐射测量仪（SABER）的单一反演，缺乏多源独立观测的有效约束。这一现状制约了对中间层顶能量收支的定量认识，也限制了相关过程在大气模式中的准确表征，亟需基于最新物理参数的独立反演结果加以交叉验证。

近日，中国科学院国家空间科学中心（以下简称“空间中心”）太阳活动与空间天气全国重点实验室博士生吴晓林、朱亚军研究员及国内外合作者，利用欧洲环境卫星（Envisat）搭载的扫描成像吸收光谱仪（SCIAMACHY）观测的OH气辉光谱数据，反演获得了一组新的夜间中间层顶区化学加热速率数据集，并系统研究了其空间分布与季节变化特征。

图1：七个主要放热反应及其总和的化学加热速率剖面

研究结果表明（图1），H+O₃反应是约92 km以下的主要加热源，而O+O+M反应主导约92 km以上区域。除这两个主导反应外，其它放热反应在86 km以上对总化学加热的贡献也不可忽略，约占30%–50%。总化学加热速率峰值约为14 K/d，出现在90–93 km高度。研究还发现，赤道地区化学加热速率呈现明显的半年振荡特征，春分前后达到峰值，主要由迁移日潮调制的温度、O₃和O原子季节变化所驱动。

研究团队进一步将本工作反演结果与已有数据集进行了系统比对。结果显示，与基于SABER观测反演的加热速率相比，两组数据集在主要放热反应上仍存在显著的高度依赖性差异（图2），反映了不同仪器及反演方法所引入的系统性不确定度。

图2：基于SABER与SCIAMACHY反演的H+O₃反应化学加热速率的百分比差异

该研究深化了对中间层顶化学加热时空变化规律的认识，为约束中间层顶能量收支提供了独立的观测依据。相关研究成果发表于国际期刊Atmospheric Chemistry and Physics上，论文第一作者为空间中心博士生吴晓林，通讯作者为朱亚军研究员。本研究工作得到了中国科学院稳定支持基础研究领域青年团队计划、国家自然科学基金、子午工程等项目的联合支持。

论文信息：Wu, X., Zhu, Y., Smith, A. K., Kaufmann, M., Jiang, G., Liu, S., & Xu, J. (2026). A new data set of nighttime chemical heating rates in the upper mesosphere and lower thermosphere derived from SCIAMACHY OH (9–6) emissions and SABER profiles. Atmospheric Chemistry and Physics, 26(7), 4669-4683.

https://doi.org/10.5194/acp-26-4669-2026

（供稿：天气室）