基于瑞利测风激光雷达的中国西北部重力波特性研究

Gravity waves is one of the ways of transporting energy in the atmosphere. Studying the generation、propagating and breaking mechanism can help to understand the coupling procedure of different atmosphere's layers. This project will be based on the high-accuracy simultaneous wind and temperature data measured by a Rayleigh Doppler wind Lidar in USTC. Taking advantage of simultaneous wind and temperature measurements, the polarization relation, propagating direction, intrinsic frequency, energy density and wavelength of GWs can be analyzed. At the meantime, combination of satellite data and LIDAR data will improve the dimension of studying GWs. The seasonal and long-term change of the GWs characteristics will be studied based on the long-time continuous measurements. Furtherly, the GWs characteristics of the atmosphere upon China northwest is one of the most important goals of this study.

重力波是大气中能量传输的重要途经之一，研究重力波的激发、传播和破碎机制，能够帮助理解大气不同圈层之间的动力学耦合过程。本项目基于中科大建成的瑞利多普勒激光雷达的高精度连续风场和温度联合观测数据，利用风场和温度联合观测的数据优势，提取扰动，对重力波的偏振、传播方向、固有频率、能量密度、波长等关键特性进行分析。与此同时，还将利用卫星数据，开展星地联合重力波观测，进一步提高重力波研究维度，并利用连续的长时间观测，进行重力波特性的季节性和长期变化研究，得到中国西北部上空的重力波特性研究结果。

重力波是大气中能量传输的重要途经之一，研究重力波的激发、传播和破碎机制，能够帮助理解大气不同圈层之间的动力学耦合过程。本项目基于中科大建成的瑞利多普勒激光雷达的高精度连续风场和温度联合观测数据，利用风场和温度联合观测的数据优势，提取风场和温度数据的重力波事件，对重力波的偏振、传播方向、固有频率、能量密度、波长等关键特性进行了分析。并利用连续的长时间观测，进行重力波特性的季节性和长期变化研究，得到了中国西北部上空的重力波特性统计性研究结果，从224个小时的观测数据中共计提取重力波384个波次，通过频谱分析和模型参数拟合以及Hodograph分析，计算出了重力波的垂直波长、固有周期等参数，通过统计性分析，得到了中国西北部以水平西偏北20度和东偏南20度的传播方向为主导的传播特性。与此同时，还利用卫星数据，开展星地联合重力波观测，于2020年底开始重点开展了风神卫星与地基瑞利多普勒激光雷达风场数据的对比分析，完成了雷达数据与AIRS和风神卫星等数据与雷达数据的对比分析和研究，利用星地联合观测的优势，进行了风场重力波的传播研究，进一步提高了风场重力波研究维度。