基于激光雷达实测和动力学仿真方法研究中间层顶垂直风扰动特性

利用中国廊坊台站钠荧光多普勒激光雷达82h垂直风和水平风观测数据,统计得到中间层顶区域中存在10m·-1量级的垂直风扰动和纬向风扰动,其中垂直风扰动远远超过平均风速为-0.015m·-1的背景垂直风速.根据三维准单色重力波的极化关系和色散关系,对高中低三种频率重力波产生的垂直风扰动进行仿真,结果显示在满足短周期、大纬向风扰动条件下,高频重力波能够产生最大10m·-1量级的垂直风扰动,中频重力波能够产生10m·-1以内的垂直风扰动,低频重力波能产生1m·-1以内的垂直风扰动.理论条件下准单色重力波能够产生10m·-1量级的垂直风扰动,钠激光雷达观测到的最大10m·-1量级的垂直风扰动真实存在.研究结果可对高层大气垂直风场探测、垂直风场模拟和重力波参数化提供依据.      

中性风和垂直漂移对低纬F区电离层影响初析

利用二维低纬电离层－等离子体层时变理论模式,模拟太阳活动高年春分条件下垂直漂移和中性风强度改变对低纬F区电离层参量的影响.模式在所考察的磁子午面内求解等离子体输运方程,给出离子浓度和速度随纬度、高度、地方时的变化.模式计算结果显示,调整垂直漂移和中性风强度对低纬F区电离层电子浓度的影响与电离层所处磁纬、垂直漂移和中性风作用时段等有关,呈现出一些新特点.结果对分析不同条件下垂直漂移和中性风对低纬F区电离层影响具有一定的指导意义.      

波状扰动激发的重力波波包在中层大气中能量传播和转换特性的数值研究

采用谱配置方法对具有高斯分布的波状扰动激发重力波过程中的能量传播和转换特性进行数值研究．模拟结果表明：初始时刻单一的水平风、垂直风、密度或温度的波状扰动都可以激发出两支重力波波包，其中一文向上传播，而另一支则向下传播；在相同的波参数下，4种波状扰动所激发的重力波波包的能量传播路径几乎完全一致，与线性理论给出的射线路径却有些差异．进一步的数值分析则表明：4种波状扰动转化为波动的特征时间基本相等，约为2个波动周期，但是在这个转换过程中，不同扰动的能量转换效率却差别很大．     

一个低纬电离层理论模式

建立一个改进的低纬F层时变理论模式．采用沿磁力线分布的固定网格点，利用算子分裂方法求解离子连续性和动量方程，给出O＋、N2＋、O2＋和NO＋密度随纬度、高度变化的二维分布．对太阳活动高年的春分季节东亚区赤道异常日变化进行的模拟计算，较好地再现了赤道异常的典型特征．计算结果也表明HWM90模式给出的低纬夜间风速可能偏大；东亚区垂直漂移速度可能比美洲区的要小．     

声重波在垂直切变风场中的传播与演变

本文根据时空变化风场中声重波演变的基本方程,详细讨论了声重波的基本参量在垂直切变风场中的变化方式。结果表明,沿群路径上波长、相速和传播方向的变化取决于风场的垂直结构以及波风之间的相对方位。声重波扰动动能的变化与波空间尺度的变化存在一定的关系。对于上行重力波分支,波包动能的增加伴随着波长变长,波包动能减小伴随着波长变短;对于上行的声波分支,情况则相反。文中还讨论了常定的声重波波列在垂直切变风场中的传播问题,分析表明,声重波能量密度增加伴随着本征频率减小,能量密度减小伴随着本征频率增加。      

中国山西地区法布里-珀罗干涉仪测风能力及数据质量检验

介绍了中国气象局山西岢岚大气观测站(39°N, 112°E) 法 布里-珀罗干涉仪(FPI) 的基本 构造、测风能力、程序处理流程、数据质量控制方法以及检验情况. 岢 岚观测站FPI可以观测892.0 (OH)nm, 557.7 (OI)nm和630.0 (OI)nm 波 长处气辉谱线的多普勒移动, 分别计算对应87km, 97km和250km高度处 的大气风速和大气温度, 可给出中间层顶区域及热层风的大气潮汐和扰动 情况. 采用水平风模型(HWM)输出结果进行交叉检验, 对FPI测风数据质量进行验证. 结果显示, 岢岚大气观测站FPI仪器的测风数据 在长期趋势上与HWM模式的输出数据一致, 风速变化幅度有季节性差异, 数据质 量控制方法有效, 测风误差在87km高度处为5.7m·s-1, 97km处 为1.3m·s-1, 250km处为4.1m·s-1, 测风数据 通过了可靠性检验.      

两相流中的速度分离和相关法测量

本文讨论两相流流动中的速度分离和相关法在两相流测量中的应用。在密度差别较大时,存在着不同介质间的速度分离,给相关法测量带来困难。但相关法仍是一种较好的选择。文中列举了速度分离的两种典型形式,并给出了气液两相流管道中的试验结果。在垂直管道中,很容易避免偏正型流动,实现各向同性的介质分布和较均匀的速度分布,流速测量比在水平管道上容易。用相关法在垂直管道上进行的测最一般反映被载介质的运动。     

数字存储示波器检定方法探讨

讨论了数字存储示波器垂直偏转因数、水平时基、脉冲宽度触发测量方法。以TDS 7104为例,给出了数字存储示波器垂直偏转因数、水平偏转因数、频带宽度及上升时间的测量结果的测量不确定度。     

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.      

中层小尺度风切变的观测

十个中层大气风剖面于1988年夏季在北欧的Andφya(69°N)上空用装有铝箔的火箭测得。使用了一种新型铝箔,使其测量的高度范围覆盖103-85km,测量的高度分辨率为25m.观测的风切变剖面显示了一多层结构,一般由3-9个切变层组成,切变层厚度通常小于200m.观测到高达40-90m/s/km的强风切变,且如此大的切变存在于所测区间内不同高度上。在一个连续测量的五个风切变剖面中,有寿命至少2.5小时,相位向下运动速度为0.4m/s,以及最大切变振幅为180m/s/km的强风切变,显示了稳定和持续特性。      

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.      

中纬突发E层特性的模拟分析

从基本的连续性方程出发，并结合运动方程，运用特征线方法求解，在合理的动力学假设条件下，模拟金属离子的汇聚，即Es层的形成．模拟的结果在一定程度上证实了风剪切理论的合理性．通过改变风场和电场模式的输入参量，使模拟的结果体现出不同当地时、不同季节的金属离子汇聚情况，讨论了模拟Es层峰值密度对风场和电场的周日和季节变化的响应，其结果与统计得到的Es层出现率的时间分布特征相似．     

Directional Filtering Due to Mesospheric Wind Shear on the Propagation of Acoustic-gravity Waves

Gravity waves with periods close to the Brunt-V?is?l? period of the upper troposphere are often observed at mesopause altitudes as short period, quasi-monochromatic waves. The assumption that these short period waves originate in the troposphere may be problematic because their upward propagation to the mesosphere and lower thermosphere region could be significantly impeded due to an extended region of strong evanescence above the stratopause. To reconcile this apparent paradox, an alternative explanation is proposed in this paper. The inclusion of mean winds and their vertical shears is sufficient to allow certain short period waves to remain internal above the stratopause and to propagate efficiently to higher altitudes. A time-dependent numerical model is used to demonstrate the feasibility of this and to determine the circumstances under which the mesospheric wind shears play a role in the removal and directional filtering of short period gravity waves. Finally this paper concludes that the combination of the height-dependent mean winds and the mean temperature structure probably explains the existence of short period, quasi-monochromatic structures observed in airglow images of mesopause region.      

后向台阶层流分离剪切层特性研究

应用激光测速仪对生向台阶层流边界层分离产生的剪切层在再附前的发展进行了测量，得到了时均速度、湍流强度及剪切层厚度等的分布特性，并研究了来流湍流度对台阶后流场湍强度分布及剪切层发展的影响，实验中发现台阶后有一个流速降低的区域，对此从涡动力学的角度作了解释。     

Formation and characteristics of low latitude boundary layer

Characteristics of low latitude boundary layer (LLBL) of the Earth’s magnetosphere are investigated using data of Interball/Tail probe observations. The role of different processes of LLBL formation is discussed. The high level of magnetosheath turbulence is taken into account. It is shown that the turbulent nature of magnetic field and plasma fluctuations in the magnetosheath is one of the main factors determining the structure of LLBL. The results of Interball/Tail probe observations of the event 9 March 1996 are analyzed. The thickness of LLBL is determined for the number of cases. The change of LLBL thickness under the influence of the changes of solar wind parameters is investigated. It is shown that variability of solar wind conditions can be the important factor controlling LLBL thickness. Results of observations are compared with the theory which explains the value of LLBL thickness as the result of plasma transport inside the magnetosphere. It is shown that the theory gives the qualitative explanation of the observed dependence of LLBL thickness on solar wind parameters.     

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.