中低纬地区中高层大气低频振荡传播特征及其起源的研究

Atmospheric low frequency oscillation (LFO) is a motion and variation process with 20-100 day period between very low frequency oscillation (such as SAO, AO and QBO, etc.) and high frequency wave, and then, for comprehensive understanding atmospheric motion, it is necessary to study the LFO in depth. Restive to intensive investigation of the tropospheric LFO (especially the MJO), the LFO in the middle and upper atmosphere is reported less. In the application project, we will carry out case and statistical researches of the LFO of the middle and upper atmosphere based on multi-site radar observations at mid and low latitudes of 40°N-35°S, radiosonde observations, reanalysis data and numerical model. The structure and propagation features of the LFOs of the middle and upper atmosphere are classified according to their different periods. The propagating process of the short period LFO from the lower to middle and upper atmosphere is exhibited. We will clarify whether wave-driving LFO or LFO-modulating wave. For wave-driving LFO, we will also identify which wave to take part in the coupling between the LFOs in the lower atmosphere and the middle and upper atmosphere. The active characteristic of the LFO over mid latitudes is analyzed, and whether an obvious seasonal dependence of the LFO activity is revealed. We will explore whether the LFO at mid latitudes to come from the low latitudes or to be excited at local. Therefore, this study can provided us an insight into the three-dimensional structure and dynamical process of the LFO of the middle and upper atmosphere.

大气低频振荡（LFO）是介于甚低频的SAO、AO、QBO等振荡和高频的大气波动间一种运动变化过程，其周期主要集中在20-100天，深入研究LFO是全面理解大气运动的一个必要环节。相对于对流层大气中LFO（尤其MJO）的广泛研究，人们对中高层大气中的LFO认识还很有限。在该项目中，我们将利用中低纬地区（40°N-35°S）多站点雷达观测数据、无线电探空仪数据、再分析数据以及数值模式，开展中高层大气LFO的个例和统计研究，归纳中高层大气中不同周期LFOs的结构和传播特征。研究短周期LFO从低层大气到中高层大气的传播过程。澄清中高层大气中是波驱动LFO还是LFO调制波动。对波驱动LFO，辨明什么波动参入低层LFO与中高层LFO间耦合。分析中纬地区LFO的活动特征，揭示LFO活动是否有明显的季节性，探究LFO是来自低纬传播还是局地激发。从而，加深对中高层大气LFO结构和动力学过程的认识。

中高层大气中广泛存在着各种不同时空尺度的运动过程，这些运动过程在不同大气层间传播，导致能量和动量在不同大气层间相互耦合，对中高层大气环流和热平衡有重要的影响。研究这些运动过程的起源、演化及其相互作用是中高层大气动力学研究的重要内容。重力波是中小尺度的大气扰动，潮汐和行星波是全球尺度的大气运动，但周期通常小于20天。大气中也广泛存在一种全球尺度的周期大于20天的大气低频振荡。前期关于大气振荡的研究，主要集中在热带低层大气，在本项目研究中，重点研究中高层大气的低频振荡，分析其传播特征和可能的起源，并探究重力波、行星波与大气振荡间相互作用过程、以及中高纬大气中是否也存在大气振荡现象，以深化我们对大气低频振荡的认识。.在该项目研究者，结合MST雷达、流星雷达观测和再分析数据，我们发现了在中纬地区从对流层至中间层低热层大气中准30天振荡的活动，研究了振荡的三维传播特征，证实了大气折射指数能够用于分析ISO的传播特征，而且，大气低频振荡可以起源并传播在中高纬大气中。JGR评审人认为：“这个研究是学科前沿。”（the science is at the forefront of the discipline）。基于多种观测数据，我们分析了2015-2017年低纬地区大气风场、温度和臭氧准两年振荡的异常现象以及这些异常间的动力学和热力学关系。.我们也探究了大尺度的大气行星波和中小尺度的重力波活动。研究表明，大气行星波与背景流相互作用可以触发平流层爆发性增温，而平流层爆发性增温对背景大气不稳定性的改变，可以在平流层顶区域激发行星波并上传到中间层低热层大气。我们统计了不同纬度平流层和中间层低热层大气重力波的参数分布，揭示了高纬地区重力波活动能对会对极区平流层涡旋有一个向西的拖曳效应。.在项目研究中，发表相关研究论文9篇，其中JGR-Atmosphere论文5篇，培养博士研究生1名、硕士研究生5名。