我国海南上空中高层大气潮汐风场的首次观测分析

海南富克(19.5°N, 109.1°E)流星雷达是我国低纬地区第一台探测中高层大气风场的雷达. 利用该雷达观测的2009年春季近3个月的风场数据(2月1日至4月20日), 第一次给出了我国低纬地区80~100 km高度范围内大气周日潮汐、半日潮汐及平均风随时间、高度的变化情况. 分析结果表明: 在春季, 我国低纬上空中层顶区存在非常强烈的大气潮汐波, 并且大气周日潮的幅度明显大于半日潮, 周日潮幅度的最大值(约100 m/s)出现在经向风场中. 周日潮和半日潮的相位在垂直方向上向下传播. 与大气潮汐波线性理论模式GSWM02比较表明, 富克周日潮与模式有较好的一致, 而半日潮汐波与模式有较大的差异.     

钠层对重力波响应的模拟研究

把时变的非线性、可压缩动力学重力波模式、二维中高层大气光化学模式、二维钠层光化学模式以及国际参考电离层模式(IRI-95)相结合, 建立了钠层对重力波响应的二维时变模式. 模式中考虑了光化学反应产生的非绝热效应以及重力波对大气化学反应以及对化学成分输运的影响. 模式在水平方向利用拟谱方法, 对垂直方向和时间采用有限差分方法, 并利用FICE方法对模式求解. 给出了模式模拟的初步结果. 计算表明重力波的传播可造成钠层强烈的扰动, 改变钠层的分布, 其扰动传播的计算结果与观测相一致.     

钠层分布对重力波传播响应的线性理论

利用线性化的光化-动力耦合的重力波模式就重力波对中层顶区钠层分布的影响进行了计算, 模式中包括了背景光化学和钠层光化学反应. 着重研究并给出了钠层混合比对重力波传播响应的振幅和相位分布. 计算表明, 钠原子对重力波响应的最敏感区域在钠层的下部. 并且, 在钠层下部, 钠原子混合比波动与温度波动同相位, 而在其上部, 与温度波动反相位.     

重力波与不同背景风场之间的非线性相互作用

采用二维可压缩大气中重力波非线性传播的数值模式和线性重力理论，研究了重力波在反向和同向(是指风场方向与重力波水平相速度方向相反和相同)背景风场中的传播过程. 结果表明：反向背景风场将拉伸重力波的垂直波长，加速重力波的上传，这一效应导致重力波在较短的时间内上传到较高的高度上并发生不稳定，引起背景风场产生反向射流. 反向射流经过非线性波流相互作用导致重力波的垂直波长逐渐变短. 重力波在同向背景风场中传播时，其垂直波长和群速度都减小，推迟了重力波发生不稳定的时间. 虽然大部分重力波被限制在同向风场中的不稳定区域内，但在不稳定区域上方仍有部分重力波继续稳定地向上传播. 对重力波在反向和同向背景风场中的非线性传播情况的模拟发现，与重力波在同向背景风场中的传播情况相比，重力波与反向背景风场之间的非线性相互作用也非常强烈，而不像经典线性理论预测的那样可以自由传播，并且重力波在反向背景风场中传播时的垂直波长与线性理论预测的结果差别很大.     

子午工程首枚气象火箭大气探测结果分析

2010 年6 月3 日凌晨, 子午工程首枚气象火箭在海南火箭发射场成功发射. 本文利用此次气象火箭探测的大气温度、风场和辅助火箭发射的气球探测的大气温度数据, 分析了大气温度、风场随高度的变化, 研究了大气风剪切、重力波和大气动力学稳定性. 此外, 将大气温度和风场随高度的剖面与SABER/TIMED 卫星的温度探测、MSIS00 模式和HWM07 模式结果作了对比分析.     

重力波对中层顶区O3及OH分布的影响

利用考虑了光化-动力耦合的重力波模式就重力波对大气化学成分分布的影响进行了计算，着重研究了重力波通过非性性化学反应对大气化学成分分布的影响这一新的机制，以O3和OH为例进行了计算。研究表明，重力波在传播过程中主要通过非线性化学反应引起中层顶区大气化学成分分布的变化，其贡献可能超过湍流扩散和重力波引起的非线性输运。     

夏季极区中层顶光化诱发重力波不稳定研究

探讨了中、高层大气中光化加热及冷却产生的非绝热过程对重力波传播的影响，建立了考虑非绝热过程线性重力波模式，计算了重力波不稳定区域以及波的增长率，并与纯动力学绝热重力波理论进行了对比研究，计算在中层顶附近，光化过程造成重力波存在不稳定区而且不稳定随着温度的下降而增强，经的温度、高度特征与观测结果比较一大致，因而光化诱恨重力波不稳定有可能是夏季中层顶附近的重要机制。     

TIMED卫星测量得到的OH和O_2（1.27μm）夜气辉全球分布特征

为了研究OH和O2夜间气辉辐射随时间变化的全球分布特征,我们利用TIMED卫星在2002~2009年间的OH和O2气辉辐射率数据对两种夜气辉的高度变化、地方时变化和季节变化等特征进行了统计分析.结果表明,OH夜气辉比白天气辉强,O2夜气辉比白天气辉弱.赤道附近的OH夜气辉辐射强度在午夜附近达到最强,中高纬度地区的OH夜气辉辐射强度在日落之后和日出之前较强.在分点时,赤道附近的O2夜气辉辐射强度随着地方时减弱,在至点时它的地方时-纬度分布有一个低值区.对于夜气辉辐射率的高度-纬度分布,OH的分布在分点时有一个峰,位于赤道上空85 km附近,并且3月分点的峰比9月分点的强;O2的分布在分点时有三个峰,分别位于秋分半球30°附近、赤道附近和春分半球30°附近,位于赤道附近的峰高最低;两种夜气辉在至点的分布均有三个峰.两种夜气辉的辐射强度在赤道附近有明显的年变化特征和半年变化特征,半年变化的峰值和谷值分别出现在分点和至点,并且3月分点的峰值比9月分点的大,两种气辉的分布均存在南北半球不对称特征.     

重力波对中层顶区O_3及OH分布的影响

利用考虑了光化-动力耦合的重力波模式就重力波对大气化学成分分布的影响进行了计算, 着重研究了重力波通过非线性化学反应对大气化学成分分布的影响这一新的机制, 以O3和OH为例进行了计算. 研究表明, 重力波在传播过程中主要通过非线性化学反应引起中层顶区大气化学成分分布的变化, 其贡献可以超过湍流扩散和重力波引起的非线性输运.     

我国光学干涉仪对中高层大气风场的首次观测

子午工程光学干涉仪安装在河北省境内的国家天文台兴隆园区(40.2°N,117.4°E),于2010年4月开始观测运行,探测峰值高度在87,98和250km的OH892.0,OI557.7和OI630.0nm的气辉辐射.设备从4月5日到5月12日共38d的观测运行表明,光学干涉仪成功地进行了中高层大气风场的地基观测,获得了大气风场的观测数据.分析结果表明:风场数据具有非常明显的逐日变化,观测期间内,在87,98,250km高度区域内的经向风和纬向风的平均值分别处在-16.5～8.7和-5.4～7.6m/s,-24.4～15.9和2.3～23.0m/s,-43.6～1.5和-22.6～49.3m/s之间.与HWM93模式结果比较,87和98km峰值高度的气辉反演风场的平均分布与模式之间存在较好的一致性,半日潮变化相当明显;250km高度的热层大气风场的探测结果与经验模式有较大的差异.观测结果表明,子午工程光学干涉仪是一个适合观测中纬地区中层顶和热层风场的地基探测设备.