研究人員發現，對流層空氣湍流的原則同樣適用於熱層。發表在《地球物理研究快報》（Geophysical Research Letters）上的一項研究顯示，熱層中的湍流與低層大氣中的風遵循相同的物理規律。此外，研究也發現，熱層中的風主要呈現週期性旋轉，即在北半球逆時針旋轉，在南半球順時針旋轉。

這些發現揭示了地球各種環境系統的一個新的統一原理，有可能改善未來的地球和太空天氣預報。

在德國城市Kühlungsborn 看到的夜光雲。其微妙而複雜的結構和流動顯示了大氣重力波和湍流的存在。圖片來源：Gerd Baumgarten/萊布尼茲大氣物理研究所

我們或多或少都會收看最新的天氣預報，雖然天氣預報能讓我們很好地了解每天的大氣狀況，但研究地球空氣如何流動的工作複雜得令人眼花繚亂。

“從根本上說，我們研究的是大氣中不同大小和尺度的動能相互作用，這種能量主要以風和湍流的形式存在。幾十年來，大量數據讓我們深入了解了這些能量如何流動和消散，從而影響對流層（大氣層的最底層）的天氣。 Huixin Liu與羅斯托克大學萊布尼茲大氣物理研究所的氣象研究員Facundo L. Poblet博士合作，後者的研究重點是100公里高度以下低層大氣的動力學和湍流。

熱層是大氣層的一部分，大約在海平面以上80-550 公里處，通常被稱為通往太空的大門。它是太空運作的關鍵區域，也是國際太空站和大多數衛星的所在地。極光也是在這裡形成的。

Liu 解釋說：”我的研究方向是太空物理學，我想看看我們能否將他的氣象學方法應用到我的研究領域。”

研究團隊分析了兩顆衛星–挑戰微型衛星有效載荷（CHAMP）和重力場與穩態海洋環流探測器（GOCE）–提供的熱層風資料。利用這些數據，研究小組計算出了風的三階結構函數，這是一個統計量，提供了潛在湍流的資訊。他們驚訝地發現，熱層與低層大氣呈現類似的縮放法則。

“這意味著，儘管熱層和對流層的大氣成分和動態截然不同，但它們遵循相同的物理定律。這兩個區域的能量流動和消散方式非常相似。”

儘管在了解熱層方面取得了長足進步，但不同尺度的湍流和波浪之間錯綜複雜的相互作用在很大程度上仍然難以捉摸，研究小組很高興他們的發現為近空間動力學中這一尚未充分探索的面向帶來了新的啟示。

“與大氣天氣預報類似，理解熱層中的能量分佈對於推進我們對空間動力學的理解至關重要，”Liu 總結道。 “我們希望這些發現能用於改善太空天氣預報，確保日常生活中必不可少的衛星技術的持續功能和安全。”

編譯自/ ScitechDaily

doi: 10.1029/2024gl108367