北京上空低中间层逆温层现象探测研究

发布时间：2020-07-04 19:53

【摘要】：一直以来对北京上空中间层底部大气的温度探测较少。中间层逆温层是指发生在中低纬度区域中间层底部垂直厚度为~10km的逆温层,通常在逆温层下层出现正的温度垂直梯度。自40年前被首次报道后,此现象被各类设备频繁观测到。这一现象在冬半球中纬度发生得尤为频繁,观测显示此现象具有几千km的水平尺度。它可以通过影响发起稳定性、垂直混合、能量输送来影响中层大气动力过程。中间层逆温层现象通常发生在两个不同的高度:~70km(称为低中间层逆温层)和~95km(称为高中间层逆温层)。低中间层逆温层可以由瑞利激光雷达与卫星设备观测得到。本文首次研究了北京上空低中间层逆温层。北京延庆子午工程瑞利激光雷达(40.47°N,115.97°E)在2012年1月-2月,2012年5月-2013年4月持续探测。本文详细介绍了此激光雷达系统与温度数据及其误差反演方法。通过数据筛选,去掉因天气原因、误差精度原因、仪器精度原因造成的不准确数据,最终得到了141晚北京上空60-80km处的测温数据。数据时间分辨率为25min,垂直分辨率为384m。本文对其中的低中间层逆温层现象进行了详细统计分析。在141天的有效温度数据中,共观测到92个低逆温层现象。北京上空低中间层逆温层的平均逆温幅度为23.4K,平均垂直尺度为4.78km,逆温层底部平均高度为68.2km。其中,垂直尺度为3km的逆温现象发生频繁,且平均水平尺度较大,在低中间层逆温层现象分析中不应略去。此外,未发现垂直尺度大于10km的低层MIL现象。逆温幅度≥25K的数据主要集中在冬季,逆温幅度极大的低中间层逆温层也出现在冬季。我们还发现,逆温幅度≥25K的低层MIL现象在春、夏出现频次最低,秋季出现频次相对略高。其中,有约2/3存在逆温层底(顶)部随时间垂直传播现象。其中有47个低层MIL现象是向下传播的,有12个低层MIL现象是向上传播的。其中,在3个特殊现象中,先向下传播后向上传播。我们还观测到了6个双低层MIL现象。其中,有3天的双低层MIL现象上下两层无明显随时间垂直传播现象,还有3天的双低层MIL现象存在上下两层随时间垂直传播。2012年12月17日的双低层MIL个例中,低层逆温层逐渐消失,高层逆温层逐渐扩大。同时,高层逆温层、低层逆温层均向下传播,传播速度分别为610m/h,460m/h。2013年02月08日的双低MIL个例中,高层逆温层逐渐消失,低层逆温层逐渐扩大。此外,高层逆温层向上传播,低层逆温层向下传播,传播速度分别为512m/h和263m/h。2013年02月18日的双低MIL个例中,低层逆温层一边以1300m/h快速向下传播一边逆温幅度增大,达到极大值后分割出一个弱的浅薄的高层逆温层。经过几小时,两个逆温层一同衰减消失。对比发现,这些双低层MIL现象的垂直传播速度差异很大。物理成因还需进一步分析。推测其垂直传播现象可能与局地重力波有关。本文主要对对北京上空低中间层逆温层现象做了整理,并与其它研究者的观测成果进行了对比,首次发现了北京上空低中间层逆温层现象的特性。此外,本文整理了海南富克(19°7′N,109°7′E)流星雷达数据与海南海口(19°30′N,109°5′E)钠荧光激光雷达探测数据。发现了一个被两仪器同时探测到的垂直波长为8km的中层大气重力波的现象。并对此现象进行了初步研究。
【学位授予单位】：中国科学院国家空间科学中心
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：P412

【参考文献】