大尺度行进大气扰动（LSTAD）和电离层扰动（LSTID）是大气重力波分别作用于热层中性成分和电离层等离子体的两种观测形态，通常由暴时快速变化的极区焦耳加热激发，是追踪太阳风能量注入热层-电离层系统后传播与耗散的关键载体之一。然而，热层中性观测面临卫星覆盖稀疏、探测困难等瓶颈，LSTAD观测水平远落后于LSTID，二者缺乏连续、同步的全球观测，使得LSTAD与LSTID的对比研究长期依赖数值模拟，亟需观测证据。
    近日，中国科学院国家空间科学中心太阳活动与空间天气全国重点实验室中高层大气研究团队及合作者，利用空间环境探测重点实验室中性大气探测研究室李永平研究员团队自主研制的天目星座轨道大气探测仪（10套）以及欧洲Swarm和GRACE-FO卫星重力加速度计（4套）的热层中性密度数据，结合GNSS-TEC观测，通过自适应滤波提取扰动，首次实现2024年5月特大磁暴期间全球范围LSTAD与LSTID的同步对比观测。研究发现，LSTAD和LSTID波前均近似平行于磁纬，单波前经度跨度达90–180°（图1），以450–1100 m/s的速度沿重叠轨迹向赤道传播。由于重力波相位极化和观测高度差异，LSTAD较LSTID滞后约30分钟（图2）。TIEGCM模拟能再现LSTAD源区和传播形态，但高估了相速和振幅。该研究为热层-电离层暴时重力波耦合提供了新的观测证据，并展示了多卫星实现全球LSTAD连续监测的可行性。

图 1 LSTAD与LSTID波前对比
实线和虚线分别代表LSTAD和LSTID峰值波前；黄色和橙色分别代表向南和向北传播。

图 2 美洲和亚澳扇区的LSTAD与LSTID传播轨迹对比
（a、b）中性密度背景变化；（c、d）中性密度扰动及LSTAD传播轨迹（黄线）；（e、f）TEC扰动，LSTID轨迹（青线）与前移约30分钟的LSTAD轨迹（黄线）基本对应；（g）AE指数。

    相关研究成果以“Global Observational Comparison of Large-Scale Traveling Atmospheric and Ionospheric Disturbances During the May 2024 Geomagnetic Storm”为题，发表在国际期刊Geophysical Research Letters上。论文第一作者为中国科学院国家空间科学中心博士生魏晓龙，通讯作者为姜国英副研究员与朱亚军研究员。本研究得到国家重点研发计划、中国科学院青年团队稳定支持、子午工程等项目的联合资助。

来源：国家空间科学中心