重力波动量通量的钠测温测风激光雷达探测研究

Atmospheiric gravity wave, one kind of atmospheric waves, plays an important role in driving middle and upper atmosphere circulation. At present, various atmospheic model can simulate some waves characteristic and its forcing on circulation to a certain extent, but can not predict space weather in accuracy. Therefore,it is particularly necessary to observe gravity wave momentum flux with high precision. This project is based on the narrowband high-spectral resolution sodium temperature/wind lidar firstly developed at the University of Technology of China(USTC) in hefei, China (31.5 N，117 E). On one hand, with the medium and long term datasets with high vertical and temporal resolution observed by our own sodium temperature/wind lidar, we study the varying characteristics of the mesopause and low thermosphere region. On the other hand, we use dual-beam method with each laser beam pointing either east or west to measure east or west wind, and then caculate gravity wave momentum flux following by getting the wind perturbation after detrending large-scale waves. Finally, we obtain the characteristics of gravity wave momentum flux of the region in mid-latitude zone.Combined with other instruments observational data and model data, we quantitatively study the interaction between gravity waves and tides as well as the interaction between gravity wave and mean flow. .

重力波是重要的大气波动之一，其在驱动中高层大气环流中扮演重要角色。目前，各种大气模式能在一定精度上模拟大气的各种波动及其对大气环流的贡献，无法精确预报空间天气，因此重力波动量通量高精度探测研究是尤为必要的。本项目以中国科学技术大学研制的我国首台钠测温测风激光雷达为探测平台，通过对中高层大气温度和风场数据的高时空分辨率中长期观测，开展此区域大气温度和风场垂直分布的统计特性研究。采用双光束探测方式，通过对向东和向西两个方向纬向风的同时探测，扣除大尺度波动趋势，得到视向风速扰动量，然后分析计算重力波动量通量，获得中纬度区中间层顶和低热层区域重力波动量通量的变化特征。并结合其他仪器观测数据和模式结果，定量研究重力波和潮汐波相互作用及重力波和背景大气的相互作用。

重力波是重要的大气波动之一，其在驱动中高层大气环流中扮演重要角色。目前，各种大气模式虽能在一定精度上模拟大气的各种大气波动及其对大气环流的贡献，无法精确预报空间天气。这主要是由于缺乏对中间层顶和低热层区域的大气温度、风场和重力波特性的实际观测，对此区域大气特性的了解甚是不足。.本项目从申请书研究目标出发，依托中国科学技术大学研制的钠测温测风激光雷达，积累了大约三年时间的中高层大气温度和风场高时空分辨率观测数据，围绕大气温度、风场特征和重力波动量通量等科学问题，展开了较为详细的分析研究，并借鉴该研究方法，研究了合肥地区的水汽变化特征。该项目完成了预期目标。目前该项目已完成论文2篇，授权发明专利1项，论文均为SCI收录，同时在审论文1篇。项目主要研究内容如下：.1.钠测温测风激光雷达反演大气温度和风场的方法研究。利用自主研制的钠测温测风激光雷达观测的三个频率回波信号数据，经回波信号检测剔除，扣除天空背景并汉宁窗平滑后，由钠原子超精细光谱线线型表达式，计算得到回波信号的温度比和风速比表达式，获得中间层顶区域和低热层区域大气温度和风场的垂直分布廓线。 .2.中间层顶和低热层区域大气温度和风场的特征研究。利用钠测温测风激光雷达大约三年的观测数据，统计分析中高层大气温度和风场的季节特征，并对结果进行对比分析。 .3.中间层顶和低热层区域重力波动量通量的特征研究。利用钠测温测风激光雷达的双光束探测方式，发展了重力波动量通量的观测方法。根据多年的观测数据，获得重力波动量通量的特征。并利用该激光雷达观测结果，详细分析了一次由于重力波破碎引起的钠层突发事件的温度、风场特征，以及该重力波活动对背景大气的加速作用。.4.水汽变化特征的研究。利用上述研究方法，分析了合肥地区对流层水汽分布的变化特征，并对可降水和降水量之间的关系进行了研究。