突發鈉層形成機制的深入研究

《突發鈉層形成機制的深入研究》是依託中國科學技術大學，由邱世燦擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：突發鈉層形成機制的深入研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：邱世燦
• 依託單位：中國科學技術大學

中文摘要

突發鈉層是指極狹窄的高度範圍內鈉層密度在極短時間迅速增加至背景鈉密度2倍以上的一種現象。之前的工作結果顯示，不同緯度不同高度的突發鈉層可能具有完全不同的形成機制，並且申請者等人還針對亞熱帶地區提出一種全新的含冰塵埃鈉儲庫模型機制。基於這些結果，本次項目擬重點針對三方面的研究內容展開：（Ⅰ）ES理論的適用性：篩選子午工程各台站與突發E層密切相關的突發鈉層事件，確定ES理論適用範圍，結合相關計算探討由ES形成突發鈉層的具體過程；（Ⅱ）升溫理論的適用性：利用SABER衛星和鈉測風/溫度雷射雷達，篩選與升溫過程相關的事例，並結合OH氣輝成像儀結果，提取突發鈉層事件發生時刻重力波信號，進一步分析局部劇烈升溫是否由重力波破碎加熱引起；（Ⅲ）對升溫理論相關過程的深入探索：將與升溫機制相關的事例進行深入分析，驗證含冰塵埃鈉儲庫模型的兩個動態過程，即突發前低溫相位鈉儲庫聚集鈉源以及高溫相位激發釋放鈉源。

結題摘要

在地球大氣中間層頂附近存在著一層金屬鈉原子層形成鈉層，鈉層最顯著的變化是突發鈉層的現象，即指在極狹窄的高度極短時間內鈉層密度增加至同一高度整夜平均背景鈉密度2倍以上的一種突發現象。突發鈉層可以作為中層頂各項大氣參數的示蹤 (tracer)，研究突發鈉層對於了解中層頂大氣各項參數耦合過程具有重要意義。 本次研究工作就對中層頂突發鈉層的形成機制進行了深入研究。研究結果顯示：中緯度北京地區的突發鈉層可能受到升溫和風剪下以及重力波的影響；亞熱帶合肥地區突發鈉層與溫度的變化聯繫緊密但與突發E層的關係不大，突發E層不太可能作為大多數突發鈉層的直接鈉源存在；低緯度海口地區突發鈉層與突發E和升溫均密切相關，兩種機制共同控制低緯度區域突發鈉層的形成，其中升溫與96 km以下突發鈉之間聯繫更緊密，而ES理論則更傾向於控制96 km以上的突發鈉。此外，項目組利用子午工程合肥站中國科學技術大學鈉螢光散射雷射雷達的鈉密度觀測數據，與測風/溫度雷射雷達的同步溫度觀測結果，篩選了發生於2013年5月12日及2013年5月13日的兩次事件作為典型事例進行了深入研究。同步溫度觀測結果顯示，當夜從雷射雷達開始運行直到突發鈉發生前的長時間內，突發高度附近經歷了極低溫階段，溫度極小值已達到134 K，低於該高度範圍內水汽凝結溫度的理論計算值；而突發鈉發生時刻則伴隨了超過40 K的劇烈升溫過程，突發峰值廓線與溫度峰值廓線有對應關係。通過分析總結這些觀測結果，項目組完善了針對亞熱帶典型突發鈉事件的可能機制：在潮汐的低溫相位，冰晶在極低溫度下凝結形成，並不斷吸附周圍的鈉原子，形成鈉儲庫；在潮汐的高溫相位，鈉儲庫受到激發，從而釋放鈉原子形成突發鈉層，而激發可能是重力波破碎傾注能量造成的劇烈升溫過程。