极区中层惯性重力波VHF雷达观测的统计特征

本文采用ＳＯＵＳＹＶＨＦ雷达１９８７年６月２２日至６月２９日在挪威Ａｎｄφｙａ（６９°Ｎ，１０°Ｅ）的观测数据，研究中层惯性重力波传播的统计特征．２１个周期为数小时的准单色波例子，在垂直方向上有确定的相位移动，表明它们是惯性内重力波．通过分析波相关水平扰动速度的矢端曲线，获得了水平传播矢量的大小和方向的分布，大多数（７６％）波具有西向传播的波矢分量，似乎与中层顶具有强的西向背景风有关；水平传播速度的大小与中层高度上典型的观测值一致．本文分析结果还表明在极区中不仅存在向上的能量传输，也存在强烈的向下的能量传输．     

极区中层惯性重力波临界层的VHF雷达观测

本文采用移动式ＳＯＵＳＹＶＨＦ雷达１９８７年６月在挪威Ａｎｄφｙａ（６９°Ｎ，１０°Ｅ）的观测数据，研究中层惯性重力波在临界层的传播特征．数据分析结果表明，在临界层附近波动会突然衰减，波能量被背景风所吸收，惯性重力波的水平传播方向和垂直传播方向在通过临界层后会迅速发生改变，说明临界层附近会产生向下传播的能量源．并且在临界层，回波强度达到峰值，表明临界层对产生雷达回波起着重要作用．     

极区中层惯性重力波的VHF雷达观测

本文采用ＳＯＵＳＹＶＨＦ雷达１９８７年６月在挪威Ａｎｄｏｐｖａ（６９°Ｎ，１０°Ｅ）的观测数据，研究中层惯性重力波的传播特征．几个周期为数小时的准单色波例子，在垂直方向上有确定的相位移动，表明它们是惯性内重力波．通过分析波相关的流体速度东向和北向分量的变化，获得水平传播矢量的大小和方向，它们与中层高度上典型的观测值一致．同时还观察到三个等相面上行的惯性重力波，其速度偏振椭圆是逆时针旋转的．波相关的扰动速度为１５－４０ｍ／ｓ，说明在中层存在强烈的向下的能量传输．估算出它的运动学参量，周期为数小时，垂直相速度在０．ｌ—０．６ｍ／ｓ之间，垂直波长约为６．０ｋｍ．     

一种全天空气辉成像仪数据预处理方法和初步结果

大气重力波是大气中的基本波动形式之一,在中高层大气动力和热力学过程中起着十分重要的作用.全天空气辉成像仪是一种以大气气辉辐射为示踪物,能够有效对大气重力波成像的仪器.本文针对中国科学院国家空间科学中心空间天气学国家重点实验室中高层大气组自主研制的全天空气辉成像仪所观测的数据,提出了一种气辉图像预处理方法,进行平场校正、方位校正、星光去除和坐标映射等数据订正.利用该方法处理2015年5月17日21:00BLT至次日05:00BLT西宁台站（36.6°N,101.7°E）的OH气辉数据,发现一次重力波事件,分析并获得了该重力波的水平波长、观测水平相速度和传播方向（分别为17.72km,47m·s-1,339°）.研究结果表明该方法是可行的.      

重力波波包在真实大气中传播特性的数值研究

采用二维全隐欧拉（FICE）格式，对重力波波包在真实大气中的非线性传播和演变过程进行了数值模拟，模拟结果表明，在中层大气下部激发的向上传播的重力波波包在传播到中层顶之前，波相关能量沿着射线路径传播，非线性效应和背景温场对波能量传播路径的影响很小，当波包传播到低热层大气后，波包饱和波相关能量几乎完全沿着水平方向传播，垂直方向的能量传播受到抑制，这与在无耗大气下，WKB近似条件下的线性重力波理论的预言相差很大，深入的分析表明抑制重力波波包向上传输能量的关键因素是大气分子粘性的垂直非均匀性。非线性和背景温场的影响不足以完全抑制波能量的向上传播，此外，在波包的整个传播过程中，由于非线性，背景温度和背景耗散的共同作用，重力波波包的垂直波长随时间明显减小，这些结果说明大气的分子粘性特别是分子粘性的垂直不均匀性对重力波波包在中、高层大气的非线性传播过程起着重要作用。     

AIRS观测资料研究全球平流层重力波特性

利用2012—2014年1月和7月AIRS（Atmospheric Infrared Sounder）第79通道的观测数据,分析了平流层重力波活动强弱的全球分布以及重力波发生频率的全球分布;分析了重力波活动随纬度和经度的变化特征,给出了重力波活动在全球范围内的热点区域及其活动强度;对比了白天与夜间的重力波活动强度及发生频率.研究表明重力波活动强度呈现出随纬度变化的特征,在低纬度地区（0°—30°）,冬季半球重力波活动强度低,夏季半球重力波活动高;在中高纬度地区,冬季半球重力波活动强度高而夏季半球重力波活动强度低.在1月,全球重力波活动有4个突出的热点区域,分别为50°N附近欧洲大陆与大西洋交接地带、北美洲与大西洋交接地,20°S附近南美洲与大西洋交接地区、非洲与印度洋交接地区.在7月,重力波活动突出的地方为巴塔哥尼亚至南极半岛地区,以及50°S和75°E附近的印度洋区域.重力波活动强度在夜间大于白天,但是夜间的强重力波活动区域小于白天.      

夏季极区中层大气运动功率谱分析

本文分析了１９８７年６月２３日至２９日ＭＡＣ／ＳＩＮＥ国际联合观测期间ＳＯＵＳＹＶＨＦ雷达在Ａｎｄφｙａ探测中层大气风场起伏的功率谱．结果显示，垂直速度谱与重力波谱理论有较大差异．引入背景风场Ｄｏｐｐｌｅｒ漂移并不能完全解释垂直运动谱与重力波谱理论的偏差，背景风场的影响明显小于理论预测的结果，说明大气运动功率谱成分中除了重力波外可能还有其它因素．     

三维球坐标系下重力波波包非线性传播过程听数值研究

采用全隐欧拉（FICE）格式，对三维球坐标系下重力波波包在中层大气的非线性传播过程进行了数值模拟，模拟结果完整地反映了重力波波包在中层大气的非线性传播过程，并与线性重力波理论进行了定量比较。     

2009年1月5日廊坊OH气辉观测图像的谱分析

2009年1月5日在中国河北省廊坊市韩村镇(39.4°N,116.6°E)进行了中国首次中间层顶大气重力波成像观测实验,记录了近4 h的OH气辉辐射数据,给出了依据该数据计算所得的该时间段内廊坊韩村附近水平方向约185 km范围内的中间层顶OH气辉扰动的谱分析结果.所得到的传播方向确定的二维功率谱和角度谱揭示了该时间段内重力波活动的波长和传播方向分布特点,表明波长下限较短,西向传播分量明显大于东向分量.     

小尺度重力波引起夜光云反照率变化的统计特征

利用AIM卫星搭载的CIPS云成像探测器获得的云图数据，提取2008-2009年南北半球共6664个小尺度重力波（波长10～150km）个例，通过重力波区域与背景云层反照率变化值的对比分析，研究重力波引起云层反照率的变化特征.结果表明，重力波引起的反照率变化值以正值为主，最大平均值4.48×10-6sr-1出现在南半球降交轨道.反照率变化值与IWC变化值正相关，相关系数均在0.85以上.重力波引起的反照率变化呈现出很强的纬度和时间依赖性，且几乎均为正值.反照率变化值在中期阶段（冬/夏至日之后的50天）的高纬地区（>70°）更大，但在中期以外始末阶段的低纬地区（<70°）逐渐变小，甚至开始出现负值.随着背景云层的增强，反照率平均值呈线性增大，小尺度重力波能够引起背景云层反照率约14.6%～28.8%的变化量.当重力波引起的反照率周期性变化的振幅逐渐增大时，反照率变化值也线性增大，变化率约为0.909%～1.194%.南半球的变化率整体比北半球稍小，这与背景大气条件的差异有关      

Adelaide地区大气重力波的气辉观测

利用澳大利亚Adelaide(34.5°S,138.5°E)地区7年(1995-2001年)的OH和OI气辉观测数据,以及同地区中频雷达所测背景风场数据,通过最大熵谱分析方法,统计分析了该地区大尺度重力波的传播特性.结果表明,(1)在中层顶气辉观测区,利用OH气辉探测到48个重力波事件,利用OI气辉探测到29个重力波事件,这些重力波的周期和水平相速度分别集中在68 min和36 m/s左右,具有东南向的优势传播方向,平均仰角为8°～10°,接近水平方向传播;(2)通过OH气辉和OI气辉观测到了同一个重力波事件,并根据两个高度上观测到的扰动相位差判断该重力波为上行波.      

中频雷达风场的双谱分析

对中纬度中频雷达１９９７年６月８２ｋｍ高度的小时平均风场数据进行了动态谱分析和双谱分析,得到了中层顶区域谱行为具有多样性和各向异性的特点,以及行星波,潮汐波和重力波之间相位相干的现象,讨论了中层顶行星波,潮汐波和重力波之间存在非线性相互作用的可能性。     

武汉上空惯性重力波活动

利用武汉中心气象台(30.5°N,114.4°E)无线电探空仪在2001年1月到2003年12月之间的观测数据,研究了武汉上空1-9km和14-25km高度范围内惯性重力波参数的变化特征.数据分析结果表明,重力波活动存在明显的季节变化,冬季较频繁,夏季活动较弱,与急流强度的季节变化一致,这意味着重力波的激发与背景风密切相关.矢端曲线分析显示1-9km范围内能量向上传播和向下传播的波的比例大致相同,而14-25km范围内绝大部分波能量向上传播,这与最大急流强度的高度相对应;进一步分析表明,夏天14-25km范围内波几乎全向上传播,而冬天则有相当一部分波向下传播,这可能是反射引起的.重力波的本征频率集中在1-3倍的惯性频率之间,水平波长约数百公里;1-9 km范围内垂直波长集中在3-3.5 km,14-25 km高度内则集中在4.5-5.5 km.      

基于COSMIC的平流层重力波参数分析

基于COSMIC卫星观测的2006年12月29日到2008年1月3日30°-40°N纬度内的温度剖面,分别利用垂直滑动窗、双滤波器和单滤波器三种方法计算低平流层重力波的扰动和势能,获得重力波扰动和势能随高度、经度的分布以及多时间尺度变化特性,分析重力波扰动势能与背景温度及风场的变化趋势和特点.比较三种方法得到的结果发现:垂直滑动窗方法只能去除大垂直尺度的背景,无法抑制小尺度的扰动,其得到的结果误差较大;双滤波器法对温度剖面中的大尺度背景和小尺度扰动都能很好地抑制;单滤波器法得到的重力波扰动中基本不包含垂直方向的大尺度背景,但是包含一些小垂直尺度的扰动.因此,对于垂直波长为10km左右的重力波,采用双滤波器法合适;如果需要得到小尺度重力波的变化特性,采用单滤波器法合适.采用双滤波器法无法得到势能随高度的变化,而采用单滤波器法能够给出每月势能随高度的分布.对30°-40°N纬度内的重力波参数进行统计分析得到重力波扰动、势能与背景温度和水平风场的关系.      

子午工程首次火箭探空数据准单色惯性重力波特性分析

利用2010年6月3日子午工程首次气象火箭探测的温度和风场数据,采用矢端曲线法分别从平流层（20~50km）和对流层（0~15km）廓线提取了海南火箭发射场上空准单色惯性重力波参数.火箭探测的平流层和对流层两个准单色惯性重力波分别向上和向下逆风传播,固有周期为20.1h和22.4h,垂直波长为9.5km和4.0km,水平波长为2900km和753km,垂直群速度c_gz为0.0887m·-1和0.0298m·-1,水平群速度c_gh为12.7m·-1和3.65m·-1,λ_h/λ_z为305:1和188:1,c_gh/c_gz为143:1和122:1.      

三维重力波非线性传播数值模型的一种求解格式

采用交替方向隐格式（ADI）求解三维可压大气中重力波非线性传播的数值模型，经过几个波周期后，重力波波包括估然沿着线性理论射线方 稳定地传播，波包保持着很好的形状，内点和边界保持稳定；水平风与垂直运动的振幅随着高度的增加而增加。这说明ADI格式是模拟三维可压大气中重力波传播的一种可靠的格式，模拟结果表明，在非线性情况下，重力波仍可保持性传播的某些特征，非线性效应有现在对波包括传播速度的修正。     

武汉上空对流层与平流层大气密度和温度探测的初步结果

利用武汉大学Rayleieh/钠荧光散射激光雷达和无线电探空仪进行联合探测的数据,反演出武汉地区上空(30.5°N,114.4°W)0—65km处的密度和温度分布曲线,并简单阐述了激光雷达的工作原理。将测量结果和MSISE-90参考大气模式比较,二者结果基本符合,温度廓线在中层顶附近和模式的差别约为3K。同时利用激光雷达探测到了中层大气中的重力波活动。     

低纬Pi2地磁脉动的东西方向传播特性

１９９６年１０月至１１月２９日在地磁北纬２９．６°附近的新疆喀什,甘肃安西和北京,沿东西方向建立了地磁脉动观测台链。根据观测数据,研究了低纬Ｐｉ２脉动东西方向的传播和性和偏振特性,发现黄昏区以东向传播的右旋偏振为主。     

三维球坐标系下重力波波包非线性传播过程的数值研究

采用全隐欧拉(FICE)格式，对三维球坐标系下重力波波包在中层大气的非线性传播过程进行了数值模拟.模拟结果完整地反映了重力波波包在中层大气的非线性传播过程，并与线性重力波理论进行了定量比较.     

重力波非线性传播过程中的饱和与破碎

采用水平方向的显式算法与垂直方向的隐式算法相结合的时间分裂法,建立了二维可压缩大气中重力波非线性传播的数值模式.用本模式对小振幅重力波传播过程的模拟结果与线性重力波理论预测的结果吻合很好,从而验证了本模式的正确性.我们用此模式模拟了有限振幅重力波在非线性传播过程中的饱和与破碎,结果表明,(1)翻转出现在饱和之前,但向破碎演化仍需要一段时间,由于非线性波-波和波-流相互作用使得非线性数值模拟的饱和高度(出现时间)高(早)于线性饱和理论预测的结果;(2)重力波在不稳定之前已经有能量向背景场中转移,破碎直接导致非线性波-波相互作用,造成能量向小尺度短波上转移;(3)背景风场的加速方向,形成射流的方向与重力波的水平传播方向一致,表明重力波与背景流的非线性相互作用加剧了背景风剪切和不稳定性的发展.