Thermospheric Circulation Using Mesoscale-Resolving Whole Atmosphere Model and Satellite Observations

使用中尺度解析整个大气模型和卫星观测的热层环流

基本信息

  • 批准号:
    2409172
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 29.28万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2024
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2024-07-01 至 2027-06-30
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

Residual circulation forms the global-scale basis for determining the observed meridional and vertical distribution of composition and temperature in the Earth’s middle and upper atmosphere. Among the well-known summer-to-winter mesospheric and thermospheric circulations, observed tracer distribution suggests the existence of a reversed residual circulation in the lower thermosphere. However, very little work has been done to thoroughly investigate the dynamics driving the lower-thermospheric winter-to-summer circulation. This research will conduct a comprehensive study of the lower-thermospheric circulation by utilizing a mesoscale-resolving whole atmosphere model. The research aims to increase understanding of multi-scale processes in the upper atmosphere and improve the representation of compositions and plasma density in models, with transformative aspects that could contribute to our understanding of multi-step vertical coupling mechanisms. A graduate student will participate and be supported by this project, and the work will be part of the doctoral thesis.This project will utilize the high-resolution Whole Atmosphere Community Climate Model eXtended (high-res WACCM-X) in System for Integrated Modeling of the Atmosphere (SIMA) framework, which can capture multi-scale interactions among processes from global scales to mesoscale. The project has two objectives. The first objective is to examine the physical processes driving the residual circulation in the thermosphere. Model-resolved wave momentum forcing, including planetary waves, tides, and gravity waves, is the primary focus of this investigation. The second objective is to investigate how the circulation affects the thermospheric compositional structure during geomagnetically quiet times. A force term analysis will be performed to examine the underlying mechanisms responsible for driving the seasonal and latitudinal variation of O/N2 in the thermosphere. Utilizing the meso-scale resolving whole atmosphere model enables a detailed examination of how multi-scale physical processes and interactions impact thermospheric compositions.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
残余环流构成了确定观测到的地球中层和高层大气成分和温度的经向和垂直分布的全球尺度基础,在众所周知的夏季到冬季的中层和热层环流中,观测到的示踪剂分布表明存在。然而,在深入研究驱动低层热层冬季到夏季环流的动力学方面所做的工作很少。本研究将对低层热层环流进行全面的研究。该研究旨在通过利用中尺度解析整个大气模型来增加对高层大气中多尺度过程的理解,并改善模型中成分和等离子体密度的表示,其变革性方面可能有助于我们对多步骤的理解。一名研究生将参与并获得该项目的支持,该工作将成为博士论文的一部分。该项目将利用高分辨率全大气社区气候模型扩展(高分辨率 WACCM-X)系统用于大气综合建模(SIMA)框架,可以捕获从全球尺度到中尺度过程之间的多尺度相互作用,该项目有两个目标是研究驱动热层中残余循环的物理过程。解决的波动量强迫,包括行星波、潮汐和重力波,是本次研究的主要焦点是研究环流如何影响地磁安静时期的热层组成结构。研究驱动热层中 O/N2 季节性和纬度变化的潜在机制 利用中尺度解析整个大气模型可以详细检查多尺度物理过程和相互作用如何影响热层成分。该奖项反映了 NSF 的成就。法定使命,并通过使用基金会的智力优点和更广泛的影响审查标准进行评估,被认为值得支持。

项目成果

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