基于流星雷达探测重力波动量通量新方法研究

摘要

波动是大气循环（Circulation）过程中的重要组成部分，由于恢复力（Restoring Force）和惯性的存在，从而产生了波动。当恢复力为重力时，可以形成重力波，重力波会对大气层中中小尺度的运动过程产生很大的影响。全天空流星雷达是中高层大气探测中新发展起来的工具，当前主要应用于大气动力学的研究。本文基于中国电波传播研究所在昆明观测站的全天空流星雷达所获得的流星数据，研究重力波动量通量的新方法。 首先，基于传统测量重力波动力通量的方法，Hocking(2005)提出了利用流星雷达获得的流星数据来反演重力波动量通量的新猜想，该新猜想没有经过验证，且由于采样时间间隔不同会导致采样点数不同，从而导致结果的不确定性，因此该方法仍存在争议。文中从理论上对该新猜想进行了验证，得到的结果与传统方法得到的结果是一致的。 其次，本文利用昆明站全天空流星雷达获得的观测数据，基于Hocking提出的测量重力波动量通量的新猜想，利用昆明站工作频率为37.5MHz的全天空流星雷达测得的流星数据，来验证采样时间对重力波动量通量取值的影响；同时利用工作频率分别为37.5MHz、53.1MHz的全天空流星雷达在2014年9月份观测的数据在不同高度处、不同采样时间间隔时的动量通量取值进行了对比分析。结果表明：采样时间间隔的大小对重力波动量通量参数的取值影响很大。在给定的采样时间间隔内，如果满足采样频率大于30,利用全天空流星雷达观测的数据反演重力波的动量通量的新方法是可行的。并利用工作频率为37.5MHz的全天空流星雷达在2014年9月份测得的流星数据，分析了重力波动量通量参数u' w'随高度的变化情况，并将该分析结果与Denise Thorsen(1997)利用MF雷达测得的重力波动量通量参数u'w'值进行对比，同样经分析发现，在采样点数满足的情况下，该新猜想是正确的。 最后，基于全天空流星雷达的观测数据分析了重力波动量通量的年变化情况，具有比较明显的季节变化，与风场变化情况是一致的。 总之，通过本文的研究，扩展了全天空流星雷达的探测范围，同时为我们拓展了更多关于重力波动量通量有意义的研究方向。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 绪论

§1.1 中高层大气环境

§1.2 中高层大气探测技术的发展

§1.3 流星雷达研究历史与发展现状

§1.4 本文主要内容

第二章 流星与流星雷达

§2.1 流星现象与流星余迹

§2.2 全天空流星雷达

§2.3 利用全天空流星雷达进行数据分析

§2.4 小结

第三章 重力波动量通量的测量

§3.1 大气重力波简介

§3.2 重力波研究背景

§3.3 传统测量重力波动量通量方法的基本原理

§3.4 本章小结

第四章 流星雷达观测重力波

§4.1 利用流星雷达观测重力波动量通量新猜想

§4.2 Hocking新猜想的理论验证

§4.3 Hocking新猜想的数据验证

§4.4 重力波动量通量年变化分析

§4.5 本章小结

第五章 总结与展望

§5.1 工作总结

§5.2 工作展望

参考文献

致谢

作者在攻读硕士期间主要研究成果