Andes上空中间层和低热层中大气惯性重力波的激光雷达观测

摘要

利用Andes观测站(30.3°S,70.7°W)激光雷达2016年6月8～9日共11.6 h的风场、温度以及钠原子数密度的观测数据,研究了一个在中间层顶区域惯性重力波活动事件.谱分析表明,这个惯性重力波的周期约6.6 h,垂直波长约7.5 km,水平波长约826 km.根据矢端曲线法分析发现,此惯性重力波的传播方向大约为西偏北38.6°.计算出它的垂直群速度约0.2 m·s-1,水平群速度约22.9 m·s-1.射线追踪结果表明,上传惯性重力波可能来自于平流层的急流区域.虽然该惯性重力波不能达到不稳定性的阈值,但是理查德森数和浮力频率显示,由于不同扰动分量的叠加,导致了在一些高度和时间上,动力学的发生和对流不稳定性的存在.因此,叠加效应引起的不稳定性可能会对中间层-低热层中波的饱和度和幅度约束有显著影响.同时利用重力波偏振关系和惯性重力波纬向风扰动,计算出了经向风、温度和大气密度扰动,同时观测的经向风和温度扰动与计算的结果一致,表明观测到的准单色惯性重力波能很好满足重力波偏振关系.另外,计算得到的大气密度扰动与观测的钠原子数密度扰动相位一致,证实了中间层-低热层区域的钠原子可以作为重力波的示踪物.