台风激发的声重力波的可探测性研究

通过对北京大学高频多普勒台站(39.4°N,116．2°E)多年的观测资料及相关台风资料的统计分析,着重研究了高频多普勒探测手段对由台风引起的扰动电离层响应的可探测性问题．通过对台风登陆前后的高频多普勒观测记录的细致分析及与宁静条件下记录的对比研究,表明高频多普勒观测手段可以很好地探测由台风激发的声重力波,尤其是对台风登陆前后所激发的扰动具有较高的可探测性．在所分析的24次台风事件中有明显扰动记录的高达22次(22/24)．结合观测事实与Huang等的统计结果(2/12)进行了比较,并进行了可能的原因分析．通过数值模拟的方法对观测到的主要扰动的非线性传播过程进行了模拟再现,结果基本上与观测结果及线性传播理论一致．确认了～般情况下高可探测性这一事实,但同时也表明可探测性和台风激发源与探测位置及中尺度TIDs在电离层中的传播模式有密切关系．

中层大气中脉冲点源产生的声重力波

本文从脉冲点源出发,利用广义函数的理论,将象函数作高频近似和低频近似,求得了早时响应和长时响应,从而将目前已有的结果由特殊推广到一般。再巧妙地引入含参变量的积分,可以得到(1/ω_ct_0)~n的因子,此因子有极其重要的物理意义。本文的结果是:1.Row是在特殊情况下作近似,只能得到本文不作近似而是在一般情况下就可得到结果。此结果除了包含特殊情况下的外,还得到了一个修正项,t-α-t_0越小,修正效应越大。2.Row的(12)式中的应改为α表示一向后的推迟时间。表示离源越远,t_0越大,修正效应越小。而ω_c越小周期T_c越长,修正效应越强,越低频率声重力波衰减愈慢而愈容易观察。4.从推导过程可以看到Row文章的(20)式不是长周期近似,而是高频近似。5.实验与理论一致。

声重力波激励时的电离层的响应

由中层大气中脉冲点源激起的声重力波及中性粒子和带电粒子之间的相互作用，在小扰动下，首次得到了由于扰动引起的附加电子浓度，附加电子浓度的时间变化率，反射高度和多普勒频率漂移随着时间的变化表达式．由实验比较，证实所导出的解析表达式是正确的．

三维静力适应过程中声重力波的特性和能量转换研究

为了研究三维静力适应过程的机理,推导三维静力适应方程组并导出声重力波的频散特征、解析解和能量转换关系以及位涡方程。结果表明,三维静力适应过程实际上就是三维声重力波和重力内波的频散过程,声重力波和重力内波的频率在水平方向上可以区分开来。声重力波的频率随着水平波数和垂直波数的增大而增大。取近轴近似,其解析解在空间上呈螺旋曲面,为大气中热通量和动量从一个区域向另一个区域的输送提供了一种机制,从而为研究大气提供了新的视角。垂直速度在动能与有效势能的转换、有效势能与有效弹性势能的转换中发挥着重要的作用,并且只发生在垂直方向上。在静力适应过程中总能量和位涡是守恒的。适应终态中有效势能比有效弹性势能大一个数量级。

水下水平运动涡旋引起的声重力波

本文推导了重力声波的控制方程.基于该控制方程,研究了水下水平运动圆柱体所引起的声重力波.从声重力波的频谱中观察到强烈的各向异性现象.结果表明,在声重力波谱中可以观察到一组线谱,近似为两套连续谱.利用格林函数得到了二维空间中由运动涡对产生的声重力波的半解析解,分析了谱的特征频率.对三维空间中声重力波的远场解进行了渐近分析,以解释从频谱中观察到的现象.

某些典型电离层扰动的高频多普勒测量记录(英文)

本文显示了近一、二年中北京地区获得的某些典型电离层扰动的高频多普勒记录。电离层的高频多普勒测量已有20余年的历史,对不同扰动形态也已有过一系列的描述和研究。本文的特点在于集中地将几种典型扰动记录汇集在一起,这些扰动主要涉及的过程是电离层中的声重力波以及伴随着太阳耀斑爆发的突然频率偏移现象。我们实际记录到的各种扰动形态在细节上要比本文选择的事例丰富得多,但我们认为选择在本文中的这些典型记录可以在总体上展示一些主要扰动形态的直观概念,结合当时电离层背景条件及太阳,地磁等活动情况,可为进一步的机制研究提供有用的线索。

SWARM卫星观测到的一次台风消亡产生的电离层扰动

本文基于SWARM卫星观测数据,利用差分、傅里叶分析、小波变换等算法提取分析了两颗卫星观测记录到的磁场和等离子体的扰动信号,研究了2014年1月29日形成的1402号台风“剑鱼”消亡时产生的电离层扰动及其传播过程.结果表明,扰动信号的产生是突发的、瞬时的,在时空上与台风的消亡有良好的对应;扰动在各个参量上均有出现,且等离子体扰动早于磁场扰动;磁场扰动的主频突出,存在频移现象;异常信号向北传播过程中,在北纬40°附近,存在突然衰减和减速的情况.分析认为,台风消亡能够产生一定的声重力波或次声波,并在电离层对磁场、等离子体等产生一定程度的扰动.

不同地形条件下台风对电离层TEC的影响

利用二阶算子处理的GPS-TEC(Total Electron Content)序列和TEC变化率的标准偏差ROTI(Rate of Total Electron Content Index),并结合GIM(Global Ionosphere Map)数据和IRI-Plas 2017(International Reference Ionosphere and Plasmasphere model)模型的电离层TEC,综合分析了台风麦德姆和山竹分别登陆台湾省和广东省时对其登陆区域电离层TEC的影响。研究表明,麦德姆登陆台湾时,台湾上空有明显的电离层TEC负扰动,其值为3~5 TECU;而山竹登陆广东省时电离层TEC无明显扰动。强对流天气和剧烈起伏的地形能够为声重力波的发展提供有利条件。麦德姆登陆台湾时,由于中央山脉的阻力作用,大气中的陡直递减率为声重力波的发展创造了理想的条件。受起伏地形的影响,声重力波可以传播到电离层高度,干扰电离层电子密度。

垂直变量配置对静力适应过程的影响

为了研究垂直变量配置对静力适应过程的影响,本文从描写静力适应过程的方程组出发,分别在将所有变量置于整层上的非跳点N网格;将垂直速度和温度放置在整层,水平速度、气压和密度等变量放置在半层的Charney Phillips跳点网格(CP网格);将水平速度、气压和温度放置在整层,将垂直速度和密度放置在半层的Lorenz跳点网格(L网格);将密度变量放置在整层的Charney Phillips跳点网格(CP_N网格);将密度放置在整层的Lorenz跳点网格(L_N网格)上进行离散,垂直格距分1 km、0.5 km、0.2 km和0.01 km,研究了在这5种网格上产生的频率和垂直群速的相对误差。结果表明:(1)L_N网格和CP网格是完全等效的两种网格。(2)不论垂直格距为多少,CP网格和L网格的误差都是最小,N网格次之,CP_N网格的误差最大。(3)随着垂直格距的减少,在这几种网格上产生的误差都在减小。对于CP网格、L网格和N网格,在水平长波和垂直短波处产生的误差较大。而CP_N网格对水平波长变化不敏感,垂直波长越短,误差越大。(4)当垂直格距为0.01 km时,这几种网格都对水平波长的变化不敏感了,仅对垂直波长敏感。(5)CP网格、L_N网格和L网格在描写静力适应过程和斜压地转适应过程都是误差最小的垂直变量配置方案,因此在非静力完全可压缩深层大气数值预报模式中应优先选择这3种方案。