同化大气次声数据以约束对流层与平流层风场

本数据同化研究利用爆炸产生的次声来探测从地面到平流层高度的大气风分量。芬兰计划对旧弹药进行爆炸，产生穿过大气传播的瞬态次声波。这些波部分从平流层高度反射回地面，并在位于爆炸点正北方向约178 km的挪威北部接收站被探测到。入射次声波波前的真实水平源方向与反方位角方向（水平到达方向）之间的差异，结合脉冲传播时间，被用来估算所穿透大气中的平均横风分量。我们使用集合卡尔曼滤波和这些观测进行离线同化实验，以ERA5集合再分析大气产品作为不同垂直层次风的背景（先验）。我们证明可结合两个来源的信息，获得爆炸点与记录站之间大气切片不同垂直层次横风的分析（后验）估计。同化在12–60 km层次影响最大，相对于先验的一些变化量级为0.1–1.0 m/s，比ERA5背景的典型标准差大一个数量级。高层背景方差的减小常达到2–5%。这是首篇发表展示将次声数据同化到大气模型中技术的研究。它为进一步探索利用次声观测——尤其是自然和连续源——探测中层大气动力学并将这些数据同化到大气模式产品中铺平了道路。