冬季中层顶区域重力波谱特性

使用DYANA试验期间19枚Chaff火箭在81—105km高度范围测量的高分辨率水平速度数据，研究标量水平速度垂直波数谱在冬季的谱特性．分析结果显示冬季平均垂直波数谱有-3．02的谱斜率，这与各种饱和理论预测的-3谱斜率很一致，提供了饱和重力波谱在冬季的观测证据．与各种饱和理论比较表明，这个冬季谱的谱振幅与线性饱和理论预测的谱振幅完全一致，但是总是小于非线性饱和理论预期的、激光雷达测量的谱振幅．这个冬季谱与最近得到的夏季饱和重力波谱一道，共同表明我们的观测结果支持了线性饱和理论，而不管季节，地理位置和高度范围的不同．由这个冬季谱估计的盛行垂直波长为15km，它比夏季的12．8km盛行垂直波长稍大．     

北京上空高分辨率气球探空观测的温度垂直波数谱

使用分辨率为10 m的温度剖面检查2.90～8.01 km和14.65～19.76 km高度范围内归一化温度扰动谱的谱特性,并且将它们与模式谱比较.结果表明,在波数9.8×10-4～2.5×10-2m-1范围内,对流层的垂直波数谱有约-1.9的平均谱斜率;低平流层的垂直波数谱有约-2.2的平均谱斜率.这两个平均谱斜率大大偏离了目前饱和谱模式和普适大气谱模式表示的-3.0和-2.4谱斜率,并且认为是目前气球测量中曾经观测到的最平谱斜率.在波数9.8×10-4～2.5×10-2m-1范围内,对流层和低平流层的平均谱振幅比饱和谱模式的谱振幅分别大24倍和5倍,这也与饱和谱模式以及目前文献中的观测结果有很大不同.这些较大平均谱振幅与最平的平均谱斜率一道共同表明,观测的温度谱并不遵循目前的饱和谱模式和普适大气谱模式.      

极区中层顶区域重力波谱的季节变化

使用MAP/WINE和MAC/SINE两次试验中测量的25m高分辨率水平速度数据和1km低分辨率温度数据,研究极区中层顶区域重力波谱的季节变化.温度的直接测量使计算的谱振幅和Richardson数更接近真实大气.结果显示,极区中层顶区域水平速度垂直波数谱的斜率和振幅存在相当大的变率,这些大的观测变率用各种饱和模式及普适垂直波数谱不能解释.然而平均垂直波数谱显示了明显的季节变化,在夏季,平均谱具有饱和特性;在冬季,平均谱具有非饱和特性.这意味着饱和过程存在于夏季而不是冬季.因此,夏季比冬季应有更强的湍流.这个结果与湍流季节变化的观测大致一致.从Brunt-Vaisala频率N和水平风切变计算的Richardson数Ri剖面也显示出季节差异,Ri<1/4的动力不稳定区出现在夏季,而Ri>0.4的稳定区出现在冬季.这些不稳定区与夏季谱结合很好,而稳定区则与冬季谱结合很好.     

一枚Chaff火箭观测到的湍流谱

在一个异常强水平风速和极端大风切变层内, 垂直速度扰动谱表明几个相当重要特征:(1)垂直速度扰动谱有二个区域, 一个在低频区, 有谱斜率一1.65, 这个谱斜率接近于惯性子区内-5/3谱斜率, 另一个在高频区, 有谱斜率-7.11, 它接近于粘性子区内-7谱斜率.(2)垂直速度扰动谱有一个崩溃点, 约位于70m, 这与计算的内尺度有好的一致.(3)由垂直速度扰动谱计算的湍流能量耗散率是0.087m2·s-3, 这比MAP/WINE试验中得到的值约大一个数量级.      

80—100km高度范围高分辩率大气水平速度扰动谱

使用１９８９／１９９０年冬季在ＤＹＡＮＡ试验中从５枚Ｃｈａｆｆ火箭测量获得的高分辩率水平速度数据，讨论８０－１００高度范围内水平速度垂直波数谱饱和波谱的一致性，并决定特征垂直尺度。     

一个湍流谱的进一步研究

一枚Chaff火箭在87.4km高度测量到高达0.33s-1的风切变剖面,相信这个切变值是中层大气曾经测量到的最大切变值.在这个异常大风切变层内,垂直速度扰动谱在浮力子区,惯性子区,和粘性子区有谱斜率-3.10,-1.65,和-7.11,这个观测与中性密度扰动一致.计算的内尺度和浮力尺度与扰动谱中的崩溃点不一致,这个结果与中性密度扰动不一致.讨论了湍流和重力波之间的关系,结果表明,增强湍流与波场饱和有好的联系.      

80-100km高度范围高分辨率大气水平速度扰动谱

使用1989/1990年冬季在DYANA试验中从5枚Chaff火箭测量获得的高分辨率水平速度数据,讨论80-100km高度范围内水平速度垂直波数谱与饱和重力波谱的一致性,并决定特征垂直尺度.      

82-92km高度范围大气湍流能量耗散率的一个个例研究

使用Chaff和落球火箭测量的垂直速度和温度数据研究湍流结构和它的产生.结果表明湍流存在多层桔构.在强湍流层,动力不稳定,和MST雷达回波功率间有好的相关,认为强湍流层和雷达回波与动力不稳定有关.水平速度垂直波数谱表明,观测谱与他和谱模式有极好的一致,认为强湍流层和雷达回波通过动力不稳定直接与重力波饱和相联系.      

中纬度冬季低热层潮汐非线性相互作用的MF雷达观测

采用武汉(30°N,114°E)MF雷达在2001年冬季的风场观测数据研究中纬度低热层大气潮汐之间的二阶非线性相互作用.经向风场的Lomb-Scargle归一化振幅谱表明,周日、半日和8 h潮汐是中纬冬季中层顶区域占优势的大气扰动;此外6 h潮汐也清晰可见.双相干谱分析揭示大多数显著的双相干谱峰代表潮汐谐振分量之间的相位互相关或单个潮汐分量的自相关.对随时间变化的潮汐垂直波长的比较发现,实际观测的8h潮汐垂直波长与假定的由观测的24 h潮汐和12 h潮汐非线性相互作用产生的8 h潮汐的理论垂直波长具有明显的一致性.在94.0～98.0km高度范围,周日、半日和8h潮汐之间不仅存在明显的相位相关和垂直波数相关,且它们的振幅随时间变化也显示出振荡幅值相近、振荡相位同步或反相的相关性,表明它们之间已经发生了二阶非线性相互作用.但是在94.0 km以下,三个潮汐分量之间的各种相关性随高度的下降变得越来越弱,因此潮汐二阶相互作用更可能是一种局地和暂态的现象.      

中国中部低层大气行星波无线电探空仪的观测研究

通过分析武汉、宜昌和恩施气象局无线电探空仪2001-2003年的观测数据,研究了中国中部地区对流层和低平流层中行星波的特性.通过Lomb-Scargle(L-S)的周期图方法发现了周期为准16天和周期为准10天的谱分量占据着主导地位.观察发现,较大振幅的行星波振荡主要集中在5-15 km之间.准16天行星波沿纬圈向西传播,对应的纬圈波数大约为2,水平波长约为17 324.8 km,传播相速度约为-12.5 m·s-1(东向为正),通过计算准16天行星波在10 km以下相位随高度的改变可以得到其垂直波长大约为25-30 km,而在对波层顶附近其相位几乎没有发生改变,呈现出静态波特性.准10天行星波沿纬圈向东传播,对应的纬圈波数大约为4,水平波长约为8627.3 km,传播相速度约为10.0 m·s-1,垂直波长约为22-40 km.      

Vertical wavenumber spectra of atmospheric ozone measured from ozonesonde observations

Vertical profiles of ozone have been measured at balloon altitudes. Our purpose is to examine the character of vertical wavenumber spectra of ozone fluctuations, to assess the possible roles of gravity wave field in ozone fluctuations, and to determine dominant vertical wavelengths of ozone spectra. Vertical wavenumber spectra of 12 ozone fluctuations obtained during June–August 2003 are presented. Results indicate that mean spectral slopes in the wavenumber range from 4.69 × 10⁻⁴ to 2.50 × 10⁻³ cyc/m are about −2.91 in the troposphere and −2.87 in the lower stratosphere, which is close to the slope of −3 predicted by current gravity wave saturation models. The consistency of the observed spectral slopes with the value of −3 predicted by current gravity wave saturation models suggests that the observed ozone fluctuations are due primarily to atmospheric gravity waves. At m = 1/(1000 m) the mean spectral amplitude is over 30 times larger in the lower stratosphere than in the troposphere. Mean vertical wavenumber spectra in area-preserving form reveal dominant vertical wavelengths of ∼2.6 km in the troposphere and ∼2.7 km in the lower stratosphere, which is consistent with the values varying between 1.5 and 3.0 km estimated from the velocity field and temperature field at these heights.     

Some features of the day-to-day MLT wind variability in winter 2017–2018 as seen with a European/Siberian meteor radar network

We present results of wind measurements near the mesopause carried out with meteor radars (MRs) at Collm (51°N, 13°E), Obninsk (55°N, 37°E), Kazan (56°N, 49°E), Angarsk (52°N, 104°E) and Anadyr (65°N, 178°E) from October 1, 2017 till March 31, 2018. The Collm and Kazan MRs are SKiYMET radars with vertical transmission and radio echo height finding, while the other radars operate with horizontal transmission and without height finding. We paid particular attention to the meridional wind variability with periods of 4–6 days and 9–11 days. The waves with these periods are seen as spots of the wave activity in the wavelet spectra and include oscillations with different periods and different discrete zonal wavenumbers. These wave packets successively propagate as a group of waves from one site to another one in such a way that they are observed at one site and almost disappear at the previous one. The 4–6 wave group includes planetary-scale oscillations (individual spectral components) which have eastward phase velocities and mostly zonal wavenumbers 2 and 3, and the vertical wavelength exceeds 70 km at middle latitudes. The source of the oscillations is the polar jet instability. The wave group itself propagates westward, and the amplitudes of wind oscillations are approximately 5–6 m/s as obtained from the wind data averaged over the meteor zone. The 9–11 day wave set propagates westward as a group and mainly consists of spectral components which have westward phase velocity and zonal wavenumber 1. Amplitudes of these wind perturbations strongly vary from station to station and can reach, approximately, 8 m/s. The vertical wavenumber is 0.014 km⁻¹ as taken from the Kazan and 0.05 km⁻¹ according to the Collm data. We obtained a global view on the waves by using the AURA MLS geopotential data. We found a good correspondence between wave features obtained from the MR wind measurements and the MLS data. To our knowledge, such a wave propagation of planetary wave in the mesosphere/lower thermosphere (MLT) region has so far not obtained much attention.     

基于逆虚拟激励法的导弹振动谱设计

针对导弹在延寿试验过程中振动谱设计精度低、与实际载荷剖面差距大的问题,提出一种基于逆虚拟激励法的导弹振动谱设计方法。首先,建立了导弹-悬架系统四自由度振动模型,推导出系统激励响应关系;然后,对系统时域响应数据进行Fourier变换,得到响应功率谱矩阵并对其进行分解,构造虚拟简谐响应;最后,基于逆虚拟激励法求得系统激励功率谱,并讨论了响应噪声及系统阻尼对识别精度的影响。实验结果表明:本文方法对于随机振动载荷的识别精度较高、鲁棒性好,零噪声识别误差为2.39%,30%噪声条件下识别误差为3.21%。本文方法同样适用于其他装备的振动试验谱的设计。