武汉上空（30°N，l14°E）潮汐及其相互作用的MF雷达观测

利用武汉(30°N,114°E)MF雷达2000年2月11日至25日,以及2月28日至3月13日的观测数据,研究中层顶(80-98 km)区域冬季潮汐振荡及其共振相互作用.水平风场扰动的动态谱显示出在所有的观测高度上都持续存在很强的24 h潮汐波动;偶尔也会出现较强的12 h和弱的8 h潮汐振荡,这说明在中纬地区的冬季, 24 h潮汐是中层顶区域主要的潮汐成分.潮汐振幅及其相关动能随时间的变化表明,在24 h,12 h和8 h潮汐之间可能存在强的共振相互作用.另外,24h潮汐的相位随高度的增加呈现出明显的增加趋势,表明观测到的24h潮汐是向上传播的.由相位剖面计算出24h潮汐纬向和经向风场的垂直波长分别为45km和47km,其向下的相位传播速度分别为1.88km/h和1.97km/h.     

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.      

武汉上空中层顶区域潮汐的MF雷达观测

利用武汉中频雷达观测数据进行分析,研究2至3月份武汉上空中层顶潮汐结构及其随高度和时间变化的特性.用Lomb-Scargle周期图方法计算的水平风场动态功率谱表明,武汉上空存在持续的周日潮汐,是中层顶区域风场结构的主要成分.周日潮的平均振幅随高度的增加呈先增后减的趋势.大多数情况下,潮汐谱峰对应的频率与定义值有一定的偏移.周日潮水平扰动速度矢量随时问和高度变化的轨迹表明,经向分量的相位比纬向分量的相位超前,潮汐能量向上传播,对应于向下的相位传播速度.计算得出的经向分量和纬向分量的垂直相速度分别为1.10和1.15 km/h.      

大气中层顶区域波相互作用的一个观测个例

利用SOUSY VHF雷达的观测数据分析了极区中层顶83.4-91.2km范围内大气风场波动的非线性相互作用。大气风场的谱在不同高度上均有明显的潮汐分量峰值，纬向风分量中35h波、半日潮和8.9h惯必重力波构成共振相互作用对，经向风分量中33h波、半日潮和19h惯性重力波构成共振相互作用对。双谱分析表明，这些共振对在许多高度上都发生耦合，35h或33h波振幅的极小值与半日潮的极大值出现的高度几乎相同，呈现出明显的非线性相互作用在空间上不是局域的，而是存在于中层顶区域的几乎所有高度上，这种相互作用不仅导致半日潮振幅随时间的变化，也使半日潮的振幅随空间变化。35h和33h波动可能是在其他时段或其他位置通过行星波与周日潮相互作用产生的，然后传播到观测点并与半日潮发生相互作用。     

武汉上空中层和低热层大气潮汐的流星雷达观测

武汉流星雷达是2002年元月建成的我国第一部全天空流星雷达，本文对2002年2月19日到7月31日流星雷达观测的潮汐的讨论表明，武汉中层顶以周日潮汐为潮汐运动的主要分量，它的强度远大于半日潮汐，周日潮汐和半日潮汐的波源都在80km以下．周日潮汐分量在3、4月份最强，并且经向分量略强于纬向分量．两个分量的峰值在约95km处出现，分别达到44m／s和60m／s．半日潮的最大值24m／s出现在4月初约93km处．周日潮汐和半日潮汐的振幅和相位随时间呈现出拟周期变化的特征，这可能是潮汐与行星波非线形相互作用的结果．观测结果与GSWM模型的比较表明，GSWM模型在相位随高度变化趋势上与观测结果一致，但模型的周日潮相位比观测约超前1—2h，半日潮相位约滞后1—4h．在周日潮汐较强的月份，模型与观测有较大的差异，观测的幅度通常在95km附近有极大值，而模型并没有极大值．GSWM模型对半日潮的幅度的估计通常过小，观测的半日潮汐幅度有时甚至超过模型值的一倍以上．     

中纬度冬季低热层潮汐水平风分量相位关系的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水平风分量之间的相位关系.统一用弧度定义的各潮汐经纬向分量的拟合初相位在三个连续的高度上分别显示出相同的时间变化倾向和相近的相位差,但是在绝大多数观测时间△ψ24和△ψ12准正交,而△ψ8出乎意料地准同相.周日、半日和8 h潮汐经纬向分量的二次相位耦合(QPC)方程被分别估计出来,利用它们相减还得到一个潮汐相位差相关方程.推测的8 h潮汐相位和相位差与相应的观测值很好地符合.在第14个时间窗内,三个潮汐一般表现为椭圆偏振而不是圆偏振或线偏振,但是△ψ24和△ψ12在三个连续的高度上准正交,而△ψ8在92.0和94.0 km上准同相.因此估计的潮汐QPC方程、推导的潮汐相位差相关方程、观测的8 h潮汐准同相相位差以及典型的潮汐偏振图都是观测的周日、半日和8 h潮汐之间真实QPC的反映.      

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。     

昆明MF雷达及初步探测结果

MF雷达是中层大气风场及低电离层电子密度观测的重要手段. 简要介绍了新建昆明MF雷达设备的工作原理、结构及工作模式, 并对观测结果进行初步分析. 对2009年1月观测数据的分析表明, 该月纬向风场最大可达80 m/s, 经向风场则较小, 一般不超过40 m/s, 且二者均呈现一定波动性. 相应的LS谱及谐波拟合分析表明,周日潮汐是80~100 km高度大气风场的主要扰动成分, 其振幅随高度改变, 相位向下传播, 且周日潮汐经向分量相位超前于纬向分量相位. 此外, 分析了MF雷达白天的电子密度观测结果, 并与IRI2000进行比较, 发现两者在变化趋势上有非常好的一致性, 但雷达观测结果小于IRI2000给出的参考值.      

利用HRDI/UARS资料分析东亚区域中层大气纬向风气候特征

利用美国高层大气研究卫星(UARS)搭载的高分辨率多普勒测风仪(HRDI)获得的中层大气风场观测资料,对东亚区域中层大气纬向风的垂直分布与变化特征进行了分析研究.多年平均结果显示东亚区域中层大气纬向风具有显著的区域特征,与当前普遍使用的参考大气CIRA-86相比存在显著的不同.在冬季,东亚区域中间层西风急流中心位于25°-35°N之间的75 km高度,与CIRA-86相比,该中心纬度偏南5°,高度偏高10 km;在秋季,东亚区域低热层高度存在一个显著的从赤道到高纬度的东风带,而CIRA-86不存在.分析结果还表明,除了夏季中纬度地区,在东亚区域上空中高层大气各高度上均存在相当显著的区域尺度扰动结构.在热带,低热层高度纬向风无论冬夏,沿纬圈方向都表现出相当显著的不均匀性,夏季这种不均匀性进一步向下扩展到55 km高度.与上述热带扰动特征相比,中纬度地区夏季的纬向风在各个高度沿纬圈相当均匀,但是在冬季,中间层和低热层高度都存在沿纬圈方向显著的纬向风扰动结构.      

利用Aura卫星资料计算全球中层大气背景风场

利用2005年第二代地球观测卫星系统(EOS)的Aura卫星上MLS观测的压强、温度、密度等数据,推算出全球中层大气的平均背景风场,分析了中层大气风场随时间和高度变化的特点.与武汉流星雷达及澳大利亚Adelaide台站观测的比较结果显示,用Aura数据推算出来的风场与实际观测比较符合.与HWM-93模式的比较显示,Aura风场随时间和空间变化的总体趋势与HWM-93基本吻合.特别是在80km以下的高度范围内Aura数据与HWM-93数据符合得比较好;在80 km以上的高度,Aura所算得的风值与HWM-93风值的差别逐渐增大,Aura风值普遍比HWM-93的要大.      

中国上空平流层准零风层的特征分析

利用ECMWF提供的ERA-40再分析风场资料首次分析了中国上空平流层准零风层的特点及其随季节和地理位置的变化特征.结果表明,准零风层一般处于18～25 km高度范围内,零风线所在的高度随时间和地理位置的不同稍有变化.根据准零风层随纬度的变化特征,中国上空可以分成三个区域:低纬地区(5°N～20°N)、中低纬过渡区域(20°N～32.5°N)和中高纬地区(32.5°N～55°N).低纬地区一般在冬季和初春有准零风层结构存在;中高纬地区一般在春末和夏季存在准零风层结构;而中低纬过渡区域是否有准零风层结构存在还与准两年震荡(QBO)有关,在QBO东风相位时,过渡区域呈现的特性偏向于中纬特性,在QBO西风相位时,过渡区域呈现的特性偏向于低纬特性.准零风层随经度变化非常小,零风线所在高度随经度的变化幅度一般不超过2 km,过渡区域的变化幅度相对大些.      

北纬30°N中间层和低热层大气平均风中频雷达观测

利用武汉(30.5°N,114.4°W)中频雷达在2001年1月1日至3月18日、2002年2月5日至3月18日、2002年10月18日至12月31日期间,日本Yamagawa(31.2°N,130.6°W)中频雷达在1997年1月1日至10月17日期间的数据,分析北纬30°N地区上空60-98km高度的中间层、低热层大气平均风的变化规律,结果表明平均纬向风和经向风都具有明显的季节变化.平均纬向风在冬季基本为西风,随高度增加,西风减弱,甚至在上部会出现微弱的东风;夏季中间层表现为强烈的东风,低热层则为西风,风向转换高度在80km附近;春季和秋季为转换季节,在春季出现舌状东风结构.80km附近的平均经向风场在冬季以南风为主,在夏季则以北风为主.不同年份的平均风场存在年际变化性,但其气候变化特点非常相似.中频雷达观测结果与HWM93模式结果的气候变化特点符合很好,与其他纬度的平均纬向风气候变化特点基本类似.     

MF雷达观测的潮汐变化特征及与GSWM的比较

利用安装于Andoya Rocket Range(69.14°N,16.02°E)的3 MHz、窄波束中频雷达2006年7月14日至8月14日之间的观测数据,研究了潮汐的变化特点并与GSWM模式的结果进行了比较.结果表明,在78～94km潮汐的纬向和经向分量随着高度的增加都经历了由弱到强然后减弱的过程.这说明潮汐在上传过程中很可能与其他波动相互作用而发生不稳定,在不稳定区域上方又生成新的潮汐波继续稳定地向上传播,或者有重力波等其他波动在此区域沉积动量导致潮汐振幅增大.潮汐振幅除了在垂直方向上发生变化,它随着时间演化也表现出显著的短期变化特点,逐日变化强度有时可达到3倍左右.结合近来的研究结果,可以认为,重力波的不稳定和破碎也可能是造成这种瞬态变化的原因之一.与GSWM-00模式的比较说明, GSWM-00模式能够较好地预测出周日潮汐的振幅和相位,而对半日潮汐的预测结果并不理想.     

武汉中层大气中频雷达及其初步探测结果

首先简要地讨论了武汉中频雷达观测原理和设备的组成，该雷达测量60-100km高度的大气风场和电子密度，风场采用分布天线测量技术和全相关分析方法得到，电子密度通过微分吸收和微分相位技术获得，初步观测结果表明：（1）武汉上空冬季60-100km高度的纬向风多为西风，风速为30-50m/s，经向风速为10-20m/s，垂直风速较小，一般在5m/s以内，（2）60-100km高度范围的大气风场和电子密度均有明显的日变化，风场在某些时段和高度区间有较强的风剪切出现。（3）80km以上高度大气的风场和电子密度存在较明显的扰动现象，它可能与大气波动过程有关。     

基于中国岢岚地区法布里-珀罗干涉仪的风场及行星波观测特征

利用中国岢岚站（38.7°N,111.6°W）法布里-珀罗干涉仪2013年7月至2014年11月的水平风场数据,对87,97,250km风场长期变化和行星波特征进行了研究.通过分析年振荡（AO）和半年振荡（SAO）振幅相位,将午夜风场与HWM07数据对比发现:87km和97km处FPI纬向风变化趋势与HWM07相近,而经向风相位落后于HWM07,从振幅上看,HWM07振幅偏大;250km处风场月变化大,FPI与HWM07差异大,HWM07模式的准确性需进一步考虑太阳活动和行星际磁场的影响.利用Lomb-Scargle功率谱以及最小二乘谐波拟合提取了三个高度的行星波振幅,其特征表明87km和97km处纬向风16日波秋季及冬春季活动强,而6.5日波最强振幅出现在春季和秋季,在中间层顶附近两种行星波活动均较弱;250km处经向行星波活动略强于纬向,经向风不同周期带的行星波最强振幅主要出现在5-9月,与电离层f₀F₂振荡特性的研究结果一致.      

TIMED卫星探测的全球大气温度分布及其与经验模式的比较

利用TIMED卫星遥感探测的全球温度分布与NRLMSISE-00大气经验模式进行了对比研究.研究表明,在中间层下部以下的高度范围内,经验模式与卫星探测的大气温度分布有很好的一致性.但是比较发现,在中层顶区域,经验模式的计算结果与实测结果有较大的差异.卫星探测表明,在春分季节的低纬地区中层顶区存在稳定的逆温层,但是经验模式不能给出低纬地区春分季节中间层逆温层的分布特征.卫星观测表明在全球范围内中层顶有两个非常不同的高度,一个处于100km附近,另一个处于85km附近,但是经验模式不能给出这一中层顶高度的分布特征.同时在低热层,经验模式计算的温度分布与卫星遥感的探测结果有很大的差异.      

武汉中层、低热层大气角谱中频雷达观测

武汉中频雷达是利用中层、低热层中电子密度不均匀体的散射来测量大气的水平风场和电子密度剖面。雷达在计算风场的过程中可得到一些该层大气中电子密度不均匀体的寿命和空间尺度等参量值。结合这些参量和大气风场值可计算得到大气的角谱。其计算方法包括全相关分析技术的谱宽法和空间相关法。前者计算的值被认为是大气角谱的上限值。应用这两种方法,利用2001年2月9日武汉中频雷达的观测数据,对武昌上空中层、低热层大气的角谱进行了计算。结果得到大气角谱随高度增加略微增加,如在68km为6°,90km达最大为11°,其平均值为9.2°。利用2001年2月4—10日86km高度上的数据,得到一个7天平均的日变化曲线,发现大气角谱值在本地夜晚最小。     

极区夏季中间层半日潮汐的VHF雷达观测

采用德国SOUSYVHF雷达观测数据,研究了极区夏季中间层半日潮汐的结构和变化特征.纬向和经向风的动态Lomb-Scargle谱表明,半日潮是中间层高度上占支配地位的波动,其谱峰对应的频率一般与1/12c·h-1有偏离,说明它们经常处在被扰动状态.稳定的半日潮振幅随高度增加而迅速增长,在87.9km高度附近达到饱和;经向分量的相位一般比纬向分量的相位超前π/4-π/2,从而水平扰动速度矢量端点随时间变化的轨迹显示出顺时针方向旋转的特征.半日潮汐特征参量在纬向和经向风中随时间的变化在基本趋势一致的基础上显示出一定程度的各向异性.      

北京上空冬季潮汐波活动特征全天时激光雷达探测研究

利用北京延庆子午工程激光雷达对北京上空钠层进行长期连续观测,分析研究钠层及其相关参数的周日变化.提取钠层各个高度上的相位信息,与同时段经向风潮汐信息进行比较发现:在各个高度上,二者周日相位数值基本一致.半日相位对比结果表明,虽然存在差异,但整体仍保持较好的一致性.此外,从2014年至2016年每年10月到第二年1月共4个月的钠层连续观测数据中提取钠层周日和半日的振幅和相位,探究北京上空冬季的潮汐特征.结果显示:周日潮的相位自上向下传播,且无明显的季节变化特征,其垂直波长在40～50km的范围;周日潮较强,半日潮较弱.      

武汉突发E层的季节变化及其与中层风的关系

通过对2018年武汉站（114.61°E,30.53°N）数字测高仪记录的数据统计分析,研究武汉地区突发E层的特征。研究发现:2018年武汉地区电离层突发E层的临界频率在夏季最高,在冬季有一个次增强现象,在春秋季较低;在正午前最大,在日落后出现小幅度提升,在日出前最低。利用指定动态全球大气气候扩展模型SD-WACCM-X模拟出2018年武汉上空90～140 km高度的平均风场,探讨突发E层与背景风之间的关系,揭示突发E层的形成机制。结果表明,半日潮汐分量可能诱导突发E层临界频率的半日变化,周日潮汐分量诱导突发E层临界频率的周日变化;突发E层的强度可能与纬向风场120 km高度处的风剪切有关。