给我一双“慧眼”，看一看中高层大气丨Calling太空_风闻

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我们熟知的大气中不都是些气体分子、PM10、PM2.5之类的颗粒物么，远在90km的大气中哪来这么多重重的金属呢？

行星际中的宇宙尘埃不计其数，每天都有些误打误撞闯入了地球大气，这些“小石头”与地球大气边摩擦边放热边被烧蚀边降落边与大气成分反应，大部分金属成分在中层顶附近刹住了车，有些沉降到了低层大气和海洋中。

低层大气，我们再熟悉不过，每天处在大气边界层里感受着风温雨雪的变化，还有逃不掉的城市化污染。纵使我们坐飞机旅行，也才不过三万英尺。中高层大气被定义在10-300km的高空，上不属天，而下不著地，它的变脸会影响我们的生活吗？

火山喷发会改变平流层大气辐射通量,对流层雷暴活动也会使中高层大气产生扰动。太阳爆发的高能粒子辐射不仅危及宇航员的生命安全,也可能导致平流层臭氧减少, 臭氧减少会引起海陆生态系统严重失调，也会增加皮肤癌患者。再者，低电离层区域与中高层大气的上部重合，电离层自然与我们的生活息息相关，电离层一方面让导航通讯、雷达探测等成为可能，另一方面又可能突然“兴奋”，给我们的生产生活带来干扰。高层大气风温的变化，也会影响卫星轨道寿命，甚至会导致卫星提前坠毁。卫星的故障显然会影响到我们的日常生活，气象卫星帮我们决定明天出行该带伞还是防晒帽，导航卫星的出现让我们出行不再像个迷路的孩子。

中高层大气里也有很多奇特的大气光学现象，他们的美丽与多彩不仅吸引了专业研究者的科学研究，也吸引了众多的摄影爱好者以及民间科学爱好者。处在较高纬度的地球村居民会看到散布在空中的绿色极光，有时绿色极光又会伴随有美丽的紫色光带。高纬度偶尔还会见到珠母云，犹如阳光下贝壳闪耀的色带，但它的美丽背后却是对地球大气和人类深深的伤害。珠母云的出现预示着极地臭氧消耗加剧，意味着臭氧层这层紫外防护层防护效果更差，人类皮肤更易受到损伤。其他光学现象还有高层大气闪电，夜光云，气辉等。

除了这些肉眼看得见的，我们怎么去看清楚中高层大气真正的内部特征呢？激光雷达或许是一副帮助我们看清遥远空间的激光眼镜。

Mie散射激光雷达可以“看见”30公里以下大气中的尘埃云雾等气溶胶粒子。

Rayleigh散射激光雷达可以“感知”30-80公里大气的温度和密度，进而也可以从温度密度的扰动中“看到”大气重力波在这一高度区域的活动特征。

共振荧光激光雷达可用于获取中层顶区域以及低热层（80-170km）的原子离子密度以及中层顶的风温信息。反应灵敏的原子离子密度是这一区域大气动力学和化学的很好的示踪剂。同时这一高度的金属原子比如金属钠也作为钠导星应用到了军事和天文上。

近些年来还有子午工程种类功能多样的激光雷达，最新提出的量子激光雷达，青藏高原的APSOS，南极中山站的钠荧光多普勒激光雷达，南美实验室的钠钾激光雷达，NASA的世界首台空基钠激光雷达等。监测中高层大气远不止激光雷达这一类设备，还有全天空气辉成像仪，流星雷达等。这些地基和空基监测设备都在为看清中高层大气这片广袤的无人区做着贡献。这一区域既是探空气球和卫星无法企及的区域，又因同时受着低空大气活动和太阳活动影响而成为了一个十分重要且亟须看清的过渡区。

来源：中国科学院国家空间科学中心