Andes上空大气潮汐和大气行星波研究

发布时间：2018-04-20 21:32

本文选题：中间层-低热层 + 周日潮汐　；参考：《武汉大学》2017年硕士论文

【摘要】：中层大气到热层的过渡区域被称作中间层-低热层区域(Mesosphere and Low Thermosphere,简称MLT)。大气潮汐、行星波都是该区域的主要扰动,而这些扰动可以体现在大气风场,温度场,气辉等。他们既可以改变区域的背景流,也能发生相互作用,影响其他波动振幅的大小和周期,对于中间层-低热层区域的动力学过程和能量传输起到了非常重要的作用。探究潮汐、行星波的季节变化、年际变化、空间分布、相互作用、可能的源、传播和模式研究,有利于更广泛、深入地描述中间层-低热层区域的动力学过程和能量传输。流星雷达和中频雷达目前用于观测中间层-低热层区域的主要地基观测手段。本文基于Andes站点(30.3°S,70.7°W)流星雷达的2010到2014年的水平风场数据,分析了 Andes上空中间层-低热层区域(80到100公里)范围的背景风场,周日潮汐、半日潮汐、准十六天行星波和准两天行星波的季节变化特性和空间分布规律。关于潮汐,本文将背景、潮汐分析结果分别与HWM-07(Hrizonal Wind Model)模式数据和 GSWM-00(Global Scale Wave Model)模式数据进行比较,并结合双谱分析的结果,进一步研究行星波与潮汐间的相互作用。关于行星波,本文利用再分析水平风场数据分析结果作为流星雷达观测数据分析结果的补充,更为全面呈现准十六天行星波的季节特性和空间分布,结合纬向背景风场讨论了纬向背景风场对于行星波的影响,最后利用OLR(Outgoing Longwave Radiation,简称 OLR)数据和再分析 UV(Ultra-Violet,简称UV)辐射数据,讨论行星波的源。主要的分析结果和讨论如下:1.Andes上空中间层-低热层区域的水平风场从80到100公里高度,月平均经向风场在5到8月份都是南向风,最大南向风风速出现在6月份的89公里处,约为-11 m·s-1,而在10到2月份,几乎都是北向风,最大风速约为13 m·s-1。月平均纬向风场,全年主要以东向风为主,只有少数月份的少数高度为西向风,风速范围为-14 m·s-1到32m·s-1。HWM-07模式计算的月平均经向风场变化范围为-4 m·s-1到6 m·s-1,月平均纬向风场变化范围为-20 m·s-1到37 m·s-1。HWM-07模式结果与雷达观测值的季节变化和空间分布,大体一致,但也有明显不同的地方,经向风95公里以上北向风的季节变化、北向风峰值所在高度;纬向风中西向风时空分布;水平风场风变化范围。水平风场的Lomb-Scargle谱分析结果显示,该区域水平风场的最主要扰动是周日潮汐,此外,我们还发现水平风场中存在着半日潮汐,三分之一日潮汐,两天波。2.Andes上空中间层-低热层区域的潮汐关于周日潮汐,实际观测显示周日潮汐呈上传趋势。波振幅呈现双峰结构,经向分量月平均振幅峰值出现在3月份的96公里处,峰值约为51 m·s-1,次峰出现在9月份的93公里处,振幅约为40 m.s-1;周日潮汐纬向分量月平均振幅的峰值出现在3月份,所在高度为94公里,振幅约为44 m·s-1,次峰出现在9月份93公里处,振幅约为37 m.s-1。实际观测结果与GSWM-00模式结果的时空分布都呈现出了双峰结构。模式结果和实际观测在峰值所在月份、峰值所在高度等。关于半日潮汐方面。季节变化上,半日潮汐经向分量的振幅呈现夏季最强,冬季最弱的季节变化特征;半日潮汐纬向分量的振幅则呈现出秋冬季节较强,春夏较弱的季节变化特征。高度上,半日潮汐经向分量的振幅和纬向分量的振幅都大致呈现出随高度升高而增大的变化趋势。并且,半日潮汐纬向分量的振幅峰值显著大于半日潮汐经向分量的振幅峰值。观测结果表明,半日潮汐经向分量月平均振幅峰值出现在1月份98公里处,大小约为22 m.s-1;半日潮汐纬向分量月平均振幅峰值出现在9月份100公里处,大小约为31m · s-1。根据双谱分析的结果,我们发现并证实了 Andes上空中间层-低热层区域发生了潮汐与行星波间的相互作用。3.Andes上空中间层-低热层区域的行星波首先描述准十六天行星波。流星雷达观测结果显示,准十六天行星波经向分量振幅弱于纬向分量的振幅,并且经向分量和纬向分量振幅的时空分布有所不同。本文主要对比了 2010年和2012年的观测结果。经向上,两年位于80公里附近的观测结果在7、8月份都出现了一个波振幅峰值;纬向上,5月份85到90公里处,都出现了波振幅峰值。时间上,准十六天行星波波振幅峰值主要出现在4到9月份,高度上,振幅随高度的变化并不规律。但根据这两年观测结果,可以发现,振幅峰值主要出现在90公里以下。欧洲中期天气预报中心(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts,简称 ECWMF)数据结果显示,准十六天行星波经向分量振幅弱于纬向分量的振幅;准十六天行星波经向分量和纬向分量振幅的时空分布相似,在气压范围225到250hpa的时间剖面上,经向分量和纬向分量都呈现出较大振幅,而在低气压(即相对较高高度处)的6到9月份也会出现较大振幅,除了 2013年,其余四年中准十六天行星经向分量和纬向分量波振幅峰值出现的气压范围完全相反。此外,观测结果还显示,准十六天行星经向分量和纬向分量的振幅峰值呈现出较为明显的反相的年际变化。对比背景风场发现,准十六天波波振幅强弱受到了背景风场的影响,一些西向风出现位置相对应的准十六天波波振幅明显变弱。地表地表极紫外辐射准相较于向外长波辐射对十六天波波振幅影响更加显著,与UV辐射准十六天波波振幅峰值出现月份相对应的一些准十六天行星波纬向分量的波振幅出现了明显的增强。最后讨论准两天行星波。根据流星雷达观测结果,准两天行星波经向分量的振幅峰值普遍强于纬向分量的振幅峰值,并且准两天行星波经向分量和纬向分量在1月份下旬的振幅峰值都大于12月份下旬的振幅峰值。准两天行星波经向分量峰值出现在1月份的93公里处,约为45 m·s-1,纬向分量峰值出现在1月份的99公里处,约为18 m·s-1。经向分量和纬向分量的振幅呈现的时空分布有所不同,纬向分量振幅在7月份还出现了明显的次峰,这是经向上所没有出现的。
[Abstract]:The transition region of the middle atmosphere to the thermal layer is referred to as an intermediate layer - low thermal sphere ( MLT ) . In this paper , the seasonal characteristics and spatial distribution of the intermediate - low - heat - layer region are discussed . The results of the analysis are as follows : 1 . The horizontal wind field in the middle - low - heat - layer region is from 80 to 100 km , and the monthly average wind field is the south wind in May to August . The peak value of the monthly mean monthly mean amplitude in the horizontal wind field is -4 m 路 s - 1 to 37 m 路 s - 1 . The peak value is about 40 m 路 s - 1 . The peak value of the monthly average amplitude in the horizontal wind field is about 40 m 路 s - 1 . On the basis of the results of the two - year observation , the amplitude of the wave amplitude of the quasi - 16 - day planetary wave is weaker than that of the zonal component . The results show that the amplitude of the quasi - sixteen - day planetary wave is weaker than the amplitude of the zonal component .

【学位授予单位】：武汉大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：P433

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