中高層大氣準2天波和6.5天波全球傳播特性的觀測研究

《中高層大氣準2天波和6.5天波全球傳播特性的觀測研究》是依託中國人民解放軍國防科技大學，由黃瑩瑩擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：中高層大氣準2天波和6.5天波全球傳播特性的觀測研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：黃瑩瑩
• 依託單位：中國人民解放軍國防科技大學

中文摘要

行星波在中高層大氣中的傳播伴隨著一系列的波-波和波-流相互作用，是實現對流層-低熱層物質交換和能量耦合的重要動力學過程。已有的研究表明準2天波和6.5天波是中高層大氣中最為顯著的行星波，而且會從低層向高層大氣沿經度跨半球傳播。但現有的觀測研究尚未給出完整的波全球傳播過程及其隨時間的變化特徵，波的傳播機制也尚無統一解釋。本項目擬根據TIMED/SABER、UARS/HRDI、COSMIC以及NCAR/NCEP的全球5-110 km大氣溫度、密度、壓強和水平風數據，計算得到波參數的空間分布；分析行星波在中高層大氣中的全球傳播及其多時間尺度變化特性；研究中高層大氣動力學和熱力學結構對行星波傳播特性的影響。研究結果有助於加深我們認識行星波在全球的傳播特性；大氣結構對波傳播過程的影響；由此得出波傳播特性的產生機制；從而進一步揭示低層與高層大氣之間以及南北半球大氣之間的耦合過程。

結題摘要

中高層大氣行星波沿垂直方向和沿經圈的傳播是實現能量和物質在低層大氣與高層大氣之間、不同緯度之間，甚至是南北半球之間耦合的重要形式。研究行星波在從高對流層至低熱層之間，以及南北半球之間的傳播特性及其形成機制，有助於進一步揭示能量和物質在這一大氣圈層中的傳播和變化特性，對實現中高層大氣參量的模式預報具有重要意義。本項目首先採用SABER/TIMED觀測得到的2002-2018年，30-110 km，南北緯52°之間的溫度數據，主要分析了6.5天行星波振幅和相位的全球分布、逐日變化、季節變化和年際變化特性；並在此基礎上研究了波動的垂直傳播、沿經圈的傳播特性，結合ERA-Interim的再分析數據，研究了赤道平流層的準兩年振盪對中高緯行星波年際變化的影響；通過分析行星波在傳播過程中的波-流相互作用機制，給出了一種導致行星波年際變化的可能原因。研究結果表明，溫度場中的6.5天波主要出現在中高緯度的平流層（40-50 km）、中間層（80-90 km）和低熱層（100-110 km）。在這三個高度範圍內，6.5天波呈現不同的年變化特性。在平流層，表現為年變化，年最大振幅主要出現在南北半球的冬季；在中間層，表現為半年變化，在上下半年的春秋季節分別出現一次峰值；在低熱層（100-110 km），除了在春秋季節會出現峰值之外，還在冬季月份出現一個較弱的峰值。通過將每年中間層（~85 km）6.5天波的峰值振幅與赤道平流層QBO的相位進行比較，發現了QBO相位與6.5天波峰值振幅的強弱有明顯的對應關係。這一發現，為進一步揭示行星波沿經度，甚至是在南北半球間的傳播過程提供了新的觀測依據。