中高层大气波动及全球温度场、风场研究

摘要

大气风场和温度场的研究是认识中高层大气各种物理和化学过程的重要途径。本文基于位于中低纬度的地基雷达探测的风场和SABER/TIMED卫星探测的温度和压强,研究了中高层大气中的行星波、潮汐波及全球温度场、风场的分布。主要分析结果如下:
　　 利用经纬度分布不同的六台地基雷达的风场观测,分析并讨论了2003年4-5月份期间中间层.低热层大气强6.5日行星波的波源问题。研究结果表明:2003年4-5月份中高层大气的6.5日波的全球结构基本与理论上的Rossby(1,-2)本征模波动结构一致,只是波动纬向分量的幅度峰值出现在北半球低纬度而不是赤道地区(理论上峰值区域)。这一现象可能的因为是,在真实大气中,6.5日波在北半球的传播遭遇了等压/斜压不稳定性,大气的不稳定性对6.5日波的振幅起到放大作用。
　　 利用Maui流星雷达(20.75N,156.43W)探测的风场数据,研究了低纬地区中间层.低热层大气中的8小时潮汐波的随高度和季节的变化。分析结果表明,8小时潮汐是Maui中间层.低热层大气中明显而有规律的波动特征,波动的经向分量明显大于纬向分量。8小时潮汐经向分量的幅度呈现半年变化的特征,峰值出现在接近春秋分的月份；然而,纬向分量的幅度没有半年变化。分季8小时潮汐的垂直波长≥54 km。
　　 利用海南富克(19.5N,109.1E)流星雷达观测的2009年春季近三个月的风场数据(2月1日至4月20日),给出了我国低纬地区中高层大气周日潮汐、半日潮汐及平均风随时间、高度的变化情况。结果表明:春季,我国低纬上空中层顶区存在非常强烈的大气潮汐波,并且大气周日潮的幅度明显大于半日潮,周日潮幅度的最大值出现在经向风场中。与大气潮汐波线性理论模式GSWM02比较表明,富克周日潮与模式有较好的一致,而半日潮汐波与模式有较大的差异。
　　 利用SABER/TIMED卫星探测的温度和压强数据研究了中高层大气温度场和风场的全球分布特征,并将结果与NRLMSISE-00模式和HWM07模式做对比。研究发现,重构的温度场很好的再现了赤道和低纬度地区中层顶的逆温层,NRLMSISE-00模式对逆温层表现不理想,MSIS模式需要进一步吸收赤道地区的探测数据,以改进其模拟结果。本节风场基于卫星探测的温度场和压强计算得到,风场重构的结果在中纬度基本与HWM07模式一致。

目录

文摘

英文文摘

第一节 引言

§1.1 中高层大气平均状态简介

§1.1.1中高层大气温度场结构

§1.1.2中高层大气风场结构

§1.1.3中高层大气成分

§1.2 中高层大气中的行星波与潮汐波

§1.2.1行星波

§1.2.2潮汐波

§1.3 GSWM模式、HWM模式和MSIS模式

§1.4本文工作的主要内容

第二节 一次6.5日波事件的地基雷达联合观测分析

§2.1中文摘要

§2.2工作背景

§2.3原文

第三节 北半球低纬度8小时潮汐分析

§3.1中文摘要

§3.2工作背景

§3.3原文

第四节 我国海南上空中高层大气潮汐风场的首次观测分析

4.1 摘要

§4.2引言

§4.3 富克流星雷达及数据分析方法介绍

§4.3.1富克流星雷达

§4.3.2数据及数据分析方法

§4.4分析结果

§4.4.1周日潮、半日潮观测结果

§4.4.2周日潮、半日潮观测结果与GSWM02模式的比较

§4.4.3平均风场观测结果

§4.5结论

第五节 平流层-低热层大气温度场、风场的卫星观测研究

§5.1摘要

§5.2引言

§5.3数据分析方法

§5.3.1 温度场重构

§5.3.2 风场重构

§5.4温度重构结果及其与模式比较

§5.5风场重构结果及其与模式比较

§5.6小结

第六节 工作总结与展望

§6.1工作总结

§6.2工作展望

参考文献

附录 博士后期间发表及完成的论文

致谢