Andes上空中间层和低热层中大气周日潮的流星雷达观测研究

利用Andes(30.3°S,70.7°W)流星雷达2010年1月1日~2014年3月21日的观测数据,研究了中间层和低热层(mesosphere and lower thermosphere,MLT)区域水平背景风场、周日潮汐以及周日潮汐与行星波之间的相互作用;并与模式结果进行了比较。多年观测结果表明,在80~100 km高度,月平均经向风场在5~8月份是南向风,在10~2月份是北向风,其变化范围在^(-1)1~13 m·s^(-1)间,明显比HWM-07模式计算的月平均值-4~6 m·s^(-1)范围大;观测的月平均纬向风场全年主要以东向风为主,只有少数月份的少数高度为西向风,风速范围为^(-1)4~32 m·s^(-1),比模式计算的月平均值-20~37 m·s^(-1)变化范围略小。观测和GSWM-00模式给出的周日潮汐月平均振幅时空分布都呈现双峰结构,观测的最大峰值出现在3月份,经向和纬向分量月平均振幅峰值分别为51 m·s^(-1)和44 m·s^(-1),次峰出现在9月份,经向和纬向分量月平均振幅次峰值分别为40~37 m·s^(-1)。模式计算的经向和纬向月平均振幅峰值约为观测值的2倍,且峰值出现的时间也比观测值晚1~2个月。这些研究结果表明,模式对南半球月平均风场和周日潮汐的描述,与实际观测值间存在明显差异,还需要加强对南半球的观测研究,来不断提高和完善目前的模式。此外,我们的研究显示,在MLT区域,由于周日潮汐和行星波都比较强,周日潮汐能与不同周期的行星波相互作用,产生新的谱成分,从而导致潮汐发生短期变化。

武汉中间层和低热层大气风场的潮汐观测研究

为了归纳潮汐对中间层低热层(Mesosphere and Lower Thermosphere,MLT)大气平均风的影响,对比分析了HWM07、HWM14风场预测模型。本文利用武汉流星雷达36个月的观测数据(2014年1月至2016年12月)研究了武汉上空中间层低热层区风场的变化特征,得到了日平均风和周日潮汐、半日潮汐的初步气候学特征。结果表明:2014-2016年,水平风场的月平均经向风以北风为主,平均纬向风以西风为主。对于周日潮汐,HWM14模型和HWM07模型预测的经向风周日潮汐振幅小于流行雷达的实际观测值;HWM14模型和HWM07模型预测的经向风周日潮汐相位大于流行雷达的实际观测值。对于半日潮汐,2014-2016年实际观测值的振幅存在周期性变化,模型预测值较实际观测振幅略微偏大。

中国区域IGS基准站坐标时间序列非线性变化的成因分析

GPS坐标时间序列呈现显著的季节性变化,通常认为大气压、非潮汐海洋负载及水文负载(统称为地表质量负载)是引起测站谐波变化的主要因素.本文计算了不同地表质量负载造成的测站位移,以此修正中国区域11个IGS基准站的坐标时间序列.建立了地球物理现象与测站季节性变化及噪声特性之间的初步数值联系,认为其会造成测站的噪声特性变化,主要表现为带通及随机漫步噪声特征,且仅能减小测站U分量的周年运动,但并不是造成测站U分量半周年运动及水平方向周年运动的主要原因.深入分析了造成中国区域IGS基准站非线性变化的其他可能因素,重点探讨了周日(S1)、半周日(S2)大气潮汐对基准站周年振幅的贡献,由此提出S1、S2大气潮汐是造成中国区域IGS基准站周年运动,尤其是中南部测站垂向周年运动的主要因素之一.

大气周日和半日迁移潮汐非线性传播及其短期变化的数值研究

以全球尺度波模式(GSWM)给出的一月份周日和半日迁移潮汐线性稳态解作为初值,采用三维球坐标系下的全非线性动力学数值模式,模拟了从地面到低热层的大气中,周日和半日迁移潮汐的线性和非线性传播,并将模拟结果与GSWM和实验观测结果进行了定量比较.研究结果表明:受非线性效应影响,周日和半日潮汐在中、高层大气传播时其振幅会呈现明显的短期变化,它们与背景大气的非线性相互作用会显著改变全球中、高层大气的背景风场和温场,这说明周日和半日潮汐的非线性传播对中、高层背景大气的动力学和热力学暂态结构都有重要影响,并且非线性效应是导致GSWM和观测结果差异的重要原因.

武汉突发E层的季节变化及其与中层风的关系

通过对2018年武汉站(114.61°E,30.53°N)数字测高仪记录的数据统计分析,研究武汉地区突发E层的特征。研究发现:2018年武汉地区电离层突发E层的临界频率在夏季最高,在冬季有一个次增强现象,在春秋季较低;在正午前最大,在日落后出现小幅度提升,在日出前最低。利用指定动态全球大气气候扩展模型SD-WACCM-X模拟出2018年武汉上空90~140 km高度的平均风场,探讨突发E层与背景风之间的关系,揭示突发E层的形成机制。结果表明,半日潮汐分量可能诱导突发E层临界频率的半日变化,周日潮汐分量诱导突发E层临界频率的周日变化;突发E层的强度可能与纬向风场120 km高度处的风剪切有关。