【EarthCARE卫星首次从太空观测重力波对南极云层形成的影响】
2025年9月17日，欧空局（ESA）EarthCARE卫星通过其云剖面雷达（CPR）首次实现了从太空对云层中重力波的直接观测，并结合大气激光雷达（ATLID）揭示了其对南极冰云形成的促进作用。这一突破性发现为研究重力波对天气系统的直接影响提供了全新视角。
大气重力波是大气中存在的波动现象，其表现为垂直气流运动的水平传播，类似于风吹过海面或石子投入水塘产生的涟漪。需注意的是，此类波动与宇宙中黑洞等天体相互作用产生的时空涟漪——引力波有本质区别。
尽管重力波形成于近地面，但其研究多集中于平流层，因其对中层大气能量传递与变化具有重要影响。以往卫星观测主要依靠温度变化间接分析，而垂直运动速度的测量则依赖地面遥感或局部原位传感器。EarthCARE的专家Shannon Mason指出：“此前仅能通过少数地面站测量云中垂直运动，EarthCARE首次实现了全球范围观测。”
2025年8月7日，EarthCARE在南极西部上空观测到大规模云层，各仪器呈现出独特的协同观测特征：JAXA研制的CPR通过多普勒速度测量显示出波长约18公里的垂直相干波结构；ATLID在-40至-55°C温度区间监测到高衰减颗粒后向散射层；多谱段成像仪（MSI）热红外通道检测到异常低亮温区域。
ATLID的退偏比测量证实该云层并非以液滴为主，其强后向散射特征源于均匀成核作用：重力波上升运动导致空气急剧冷却，在低于-40°C环境中直接由水蒸气形成冰晶粒子。这些新生微冰晶对激光雷达具有高敏感性，而雷达反射率在高于-40°C至云底（-20°C）区间显著增强，表明冰晶生长聚合形成更大雪花。
CPR通过校正多普勒产品（C-CD）将雷达反射率相近像素点的多普勒速度平均化，分离出降水粒子沉降速度，进而反推垂直气流运动。结合CPR、ATLID和MSI数据的协同产品（ACM-CAP）成功解析出重力波导致的冰云增强：在高激光后向散射层出现冰水含量急剧上升，其下则呈现粒子尺寸增大、数量减少的聚合生长特征。
Mason强调：“该冰云增强层直接源于重力波作用。若无多普勒测量，在此偏远区域仅能视为异常云团。”未来团队将利用EarthCARE多普勒速度测量中的波动特征，全球绘制低层大气重力波分布图，深化其对云物理过程影响的理解。