空基GPS监测青藏高原中低层大气变化和波结构的研究

Changes in Earth's mid-low atmosphere and the interaction of tropospheric and stratospheric layers are an important factor in climate change. Accurately monitoring and studying on tropospheric and stratospheric fluctuations and their interactions will contribute to understand the climate change and coupled mechanism of atmospheric layers, particularlly the Tibetan Plateau as the third pole of the Earth. However, traditional observational data are very sparse in the Tibetan Plateau due to with special observation environment, high-cost and strong labor. In this project, dense, the new atmospheric parameters are re-obtained from high resolution of space-borne GPS radio occultation (such as CHAMP, GRACE, COSMIC and TerraSAR-X satellite) based on improved inversion algorithms, including refractive index, temperature, pressure, and water vapor. The mid-low atmospheric changes and the wave structure in the Tibetan Plateau are investigated as well as their characteristics, including the tropopause，stratospheric gravity waves and atmospheric tides. The long-term climate changes of atmospheric parameters (such as atmospheric refractive index, temperature, vapor pressure, and water vapor as well as tropopause), diurnal atmospheric tides variations and distribution characteristics of gravity waves are studied and understood, especially wave generating mechanism and effect on climate change in the Tibetan Plateau gravity wave, which is significant to understand climate system changes and effect factors.

地球中低层大气变化及对流层和平流层相互作用是气候变化的一个重要影响因素，准确监测和研究上下层波动及其相互作用，对理解地球气候变化和大气耦合机制具有重要意义，特别是地球第三极青藏高原。而青藏高原地区观测条件恶劣，成本高和劳动力强等，传统大气观测资料非常有限。本课题主要利用高分辨率的空基GPS掩星观测资料(如CHAMP，GRACE，COSMIC和TerraSAR-X卫星)，精化掩星反演模型，再处理所有GPS掩星资料获取高精度的密集的三维大气参数，如折射率、温度、压强和水汽等，研究青藏高原中低层大气变化和波结构与特征，包括对流层顶、平流层重力波和大气潮汐；并获得大气参数长期变化气候学(如大气折射率、温度、汽压和水汽)、周日大气潮汐变化、对流层顶变化、重力波活动分布特征和青藏高原地区重力波产生机制等，对理解气候系统变化和影响因素具有重要意义。

地球中低层大气变化及对流层和平流层相互作用是气候变化的一个重要影响因素，准确监测和研究上下层波动及其相互作用，对理解地球气候变化和大气耦合机制具有重要意义，特别是地球第三极青藏高原。而青藏高原地区观测条件恶劣，成本高和劳动力强等，传统大气观测资料非常有限。本课题主要利用高分辨率的空基GPS掩星观测资料(如CHAMP，GRACE，COSMIC和TerraSAR-X卫星)，精化掩星反演模型，再处理所有GPS掩星资料获得高精度的密集的三维大气参数，如折射率、温度、压强和水汽等，研究青藏高原中低层大气变化和波结构与特征，包括对流层顶、平流层重力波和大气潮汐；并获得重力波活动分布特征和青藏高原地区重力波产生机制等，重要结果包括：..1）发现掩星高阶项电离层影响可以达到5%左右，且与掩星信号切点高度关系密切，当掩星切点高度在250km-350km时，影响最为显著，其与掩星方位角也有密切的关系，当掩星方位角在0°左右时，电离层二阶项影响达到正向最大，当方位角在180°左右时，达到负向最大，电离层高阶项影响与太阳活动强度息息相关，太阳活动强时电离层高阶项影响比较明显；..2）利用2006年6月至2014年2月COSMIC GPS掩星数据获取了青藏高原地区对流层顶冷点(CPT)温度和高度变化的特性，并与大气红外探测仪(AIRS/NASA)估计的对流层顶递减率(LRT)一致。重力波势能夏季平均是1.83 J/Kg，冬季增加到3.4 J/Kg，其势能长期趋势为+0.33 J/十年。且重力波势能的长期增强趋势与对流层顶温度升高密切相关。..3）联合我国FY-3C气象卫星掩星数据和其他掩星数据获得了青藏高原重力波时空变化特征，发现冬季南部重力波势能较大，北部重力波势能较小；夏季重力波势能比较平均，但南部地区夏季的重力波势能明显小于冬季的重力波势能。重力波势能向上传播在传播路径上会产生耗散，在10-35km的范围内重力波势能随着高度的增加而明显逐渐减小。地形激发是青藏高原重力波的主要因素。..这些结果和发现对理解气候系统变化和影响因素具有重要意义。