自适应光学应用于月球激光测距中视场旋转对大气波前倾斜量提取的影响

自适应光学技术应用于月球激光测距试验中需要实时针对月面扩展源进行大气波前倾斜量的提取,望远镜在跟踪月亮的过程中存在月面本身相对望远镜的物方视场的旋转以及望远镜自身的运动所引起的像方视场的旋转,本文讨论了望远镜物方视场及像方视场旋转的规律以及其对大气波前倾斜量提取的影响。

基于月面图像的大气波前倾斜量提取算法的性能分析

为了提高月球激光测距试验中的回波光子数,考虑将自适应光学技术应用于云南天文台1.2 m光学望远镜,以实时校正望远镜跟踪误差和由于大气湍流的影响而造成的到达月球表面的激光束的扩展与漂移效应。针对月面为低对比度扩展源的特点,利用互相关函数法及绝对差分算法对采集的月面图像进行了大气波前倾斜量的提取。模拟了未去除和去除大气波前倾斜量的月面长曝光图像,发现去除大气波前倾斜量后的图像对比度较未去除有了相应提高。研究表明:月球激光测距试验中,绝对差分算法更适合用来提取大气波前倾斜量。

星载全球大气波动成像仪研究

在卫星上对中间层顶区域的气辉辐射成像观测,对于全球大气波动的监测和研究具有重要的意义.利用TDICCD对O_2A(0-0)气辉进行成像观测,计算了曝光积分时间、信噪比和能达到的最高空间分辨率,分析了地球自转对空间分辨率的影响,在此基础上提出一种星载全球大气波动成像仪方案,该方案可以观测垂直波长大于10 km的大气波动,最高水平分辨率可以达到0.33 km.

平流层爆发性增温期间中高层大气行星波研究进展

极区平流层爆发性增温(SSW)是冬季半球最剧烈的大气扰动现象之一.SSW期间温度和风场的剧烈变化被认为是冬季半球中高层大气波动能量异常增强的主要原因.流星雷达是能够稳定连续探测中间层和低热层风场的重要地基探测设备.主要依托国家重大科技基础设施建设项目:“子午工程”,我国已建设了多个流星雷达观测台站,对中间层和低热层风场进行了长期稳定连续的监测,为揭示SSW期间中间层和低热层波动异常变化的物理机制提供了重要的观测资料.本文简述了近年来以我国“子午工程”流星雷达监测数据为核心,SSW期间中高层大气行星波的研究进展和成果;深入讨论了冬季半球中高层大气行星波发生异常变化的主要激发机制.随着“子午工程”二期十个流星雷达台站即将建成,本文对利用“子午工程”流星雷达监测台网进一步研究SSW期间中高层大气波动的变化特性进行了展望.

天气关键区大气低频波延伸期预报方法

针对上海地区强降水过程预报,根据大气低频振荡特性和使用Micaps 700hPa位势高度场资料,提出了一种新的预报方法——"天气关键区大气低频波延伸期预报方法",确定了天气关键区的范围和分析了天气关键区的低频变化特征。该方法的重点内容是天气关键区的低频波特征、各关键区低频气流辐合及其与降水过程的联系。2010年该方法在上海春季业务预报中取得了比较好的预报结果,尤其是对重大事件的预报服务。

极区夏季中层顶大气波的共振非线性相互作用

采用德国SOUSY VHF雷达数据研究极区夏季中层顶区域行星波-潮汐-重力波之间的非线性相互作用以及中层顶以上高度背景大气的不稳定性。纬向风场的Lomb-Scargle功率谱显示35h行星波、周日潮、半日潮和1/8ch^(-1)潮汐是中层顶区域占优势地位的大气扰动。对频率组合的检验发现多组满足频率共振条件的三波组。双谱分析表明大多数双谱峰代表潮汐谐波之间或潮汐与行星波或重力波之间的相互耦合,而双谱峰的高度变化反映了波-波相互作用的变化。在中层顶以上,主要波分量对应的最强谱峰所在的各高度倾向于随频率增高而依次增加。这可能是由两个低频波发生共振相互作用生成一个高频波的缘故。行星波和潮汐的强度随高度近似地依次序逐渐增长,达到最大,然后再快速衰减。这种图像与一个随高度增加从低频段向高频段移动的波-波共振相互作用“链”相关。不稳定性分析表明,在中层顶以上高度,Richardson数越来越小,说明湍流运动逐渐加强,背景大气越来越不稳定。最后建议,波-波和频共振相互作用与因不稳定导致的波耗散是中层顶区域两种占支配地位的动力学过程。前者引起能量逐渐从低频波动向高频波动传输。后者导致对背景大气的加热和对平均流的加速。

大气重力波引起的偶发钠层研究

利用了中国科学院临近空间环境野外综合探测站(廊坊,39°N,116°E)的钠荧光多普勒激光雷达和流星雷达的探测数据对廊坊上空大气重力波引起的偶发钠层(SSL)进行了研究。首先从大气重力波方程出发,计算分析了大气水平风剪切和垂直风场之间的相位关系;其次利用了钠荧光多普勒激光雷达和流星雷达的实测数据对大气重力波引起的偶发钠层进行了分析研究;经研究分析可知,由于大气重力波引起强的水平风切变和垂直风场风向反转的共同作用,其堆积效应使得钠原子密度增强,形成了偶发钠层。

一类耦合非线性Schrdinger方程的Painlevé性质、严格解及其在大气重力波中的应用

讨论了大气科学里的一类耦合非线性Schrdinger方程的Painlevé可积性和严格解.并给出了这个耦合方程通过Painlevé性质检测的参数条件.应用椭圆余弦函数展开法,得到了这个耦合非线性Schrdinger方程的20个周期椭圆余弦波解.这些严格解被用应用于解释大气重力波的产生和传输机制.

耗散大气中风场对内重力波传播的影响

使用考虑大气耗散的射线跟踪算法，计算了风场作用下重力波的传播情况．结果表明，风场对快速重力波分量影响较小，但对反射和传播区域的慢速波的影响较大，表现在顺风时使反射区范围缩小，逆风时使反射区范围扩大．在传播区，顺风场使慢速波分量的传播距离变小，传播高度降低，而逆风则使慢速重力波分量的传播距离明显增大，传播高度上升．分析表明，重力波传播的丰富多样性是由风场对波的衰减和反射等滤波作用引起的．

大气声重波的激发

本文讨论三种重要的大气声重波的激发机制,即冲击波激发的大气声重力波;火球/烟云到达稳定高度时,在平衡点附近振荡激发的声重波;以及流体动力源激发的大气声重力波。本文还提出了计算有限时间脉冲的冲击波源在真实大气中激发和传播声重力波的模拟方法,给出三种源的计算机模拟结果和估计它对无线电波传播的影响。

三维分层流动过双山脉地形激发的大气船舶重力波动力学理论和数值试验

利用我们建立的三维分层线性理论计算模式和中尺度数值模式ARPS,分别研究了三维分层流动过双山脉地形产生的三维线性和非线性山脉重力波和大气船舶的结构特征及其形成机制.线性理论计算结果表明三维三层流动过双山脉地形时,两个山脉各自强迫出一个发散模态的山脉背风波,在第二个山脉背风面,三维三层流动过双山脉地形可以强迫出两个发散模态的拦截背风波,大大加强了对大气环流的拖曳作用.非线性数值模拟结果表明,流动过山所产生的非线性山脉重力波和大气船舶完全不同于三维分层线性理论计算模式所产生的山脉重力波和大气船舶的结构和特征,由于分层流体之间的非线性相互作用,三维三层流动过双山脉地形时,可在第二个山脉背风面激发4个发散模态的拦截背风波.三维三层流动过双山脉地形所强迫的山脉重力波和大气船舶,具有同三维三层流动过孤立山脉所产生的山脉重力波和大气船舶完全不同的结构和特征,三维流动过双山脉地形对两个山脉之间的距离表现出极大的敏感性.对于相距较远的两个山脉,流动过双山脉所强迫的山脉重力波表现为4个发散模态的拦截背风波,波动的能量相对于相距较近的两个山脉能传播到更高的高度.

大气重力波与电子密度扰动的耦合

本文从相互耦合的大气流体方程和双流体等离子体方程出发,导出了赤道F区大气重力波和电子密度扰动的耦合色散关系,据此对两者的共振相互作用作了进一步的理论分析。结果表明,大气重力波可以通过共振耦合将部分能量转换给带电粒子,为赤道扩展F提供初始电子密度扰动;在这过程中,等离子体不稳定性对共振条件和共振耦合有着重要的影响。

小波分析在雷击大气电场波形去噪分析中的应用

雷击时大气电场信号中混杂的噪声信号影响对真实大气电场信号的分析、提取和使用.文中通过计算仿真信号和去噪前后真实电场信号的均方误差,分析选取不同的小波函数、阈值法和小波分解层数对去噪效果产生的影响.考虑雷击时大气电场信号的信噪比,选用sym5小波和db5小波与minimaxi和rigrsure阈值法结合,且对小波的分解层数选用6～7层,进行大气电场波形的去噪处理,其去噪效果比较理想.最后,将该方法用于实际雷击大气电场波形数据的去噪处理,对雷击时电场波形的突变性检测中,在20个样本中有14个在首次雷击前1.5～2 h具有突变过程,占70％,这为将大气电场仪资料引入其他气象参数预报模型提供了切入点.

南北半球大气定常波的相互对应关系

本文利用NCEP/NCAR的月平均高度场资料,计算了全球各层月平均纬向偏差,分析结果表明,在对流层普遍存在着南北半球的奇对称现象,在4月和10月,这种对称性特别明显;在对流层低层,南半球的定常波动强度明显大于北半球,但在对流层中层,北半球的波动强度明显大于南半球,且南北半球都在冬季时达到最大振幅,在南半球全年和北半球的冬季,极区附近偶极子特征明显,在上半年,北半球偶极子按逆时针转动,而南半球则顺时针转动,在下半年,则情况相反。

大气重力波产生的大尺度赤道电离层扰动

本文研究了大气重力波产生的大尺度赤道电离层扰动的性质．当重力波的传播方向与磁场方向倾斜相交时，重力波在Ｆ区产生行进电离层扰动．当重力波垂直于磁场传播时，能触发等离子体Ｒａｙｌｅｉｇｈ－Ｔａｙｌｏｒ不稳定性，形成大尺度赤道扩展Ｆ不均匀体．重力波引起的扩展Ｆ主要出现于晚上，行进电离层扰动则可能出现于任何时间．本文建立了行进电离层扰动和大尺度赤道扩展Ｆ的统一理论模型，深入全面地揭示了电离层扰动的性质．

大气重力波引起的突发钠层的模拟研究

应用钠原子和中性大气分子的质量连续性方程来模拟突发钠层（SSL）,垂直风场采用接近实际大气重力波的正弦行波模式,结果较好地反映了SSL的形成过程.SSL的形成时刻在5-15min之间并可持续到30min之后,形成高度大约在90-100km之间,峰宽为0.5-2km之间,这些都与实际观测SSL的特点相符.同时还进一步地研究了当重力波参数（主要指垂直波长和周期）、风速以及常态钠层半宽度发生变化时SSL的变化趋势.

大气重力波产生大尺度赤道扩展F的理论

本文提出了大气重力波触发Ｒａｙｌｅｉｇｈ－Ｔａｙｌｏｒ不稳定性并导致大尺度赤道扩展Ｆ的理论．重力波作为外部扰动派触发等离子体扰动，这种扰动在Ｒａｙｌｅｉｇｈ－Ｔａｙｌｏｒ不稳定性的作用下继续增长，经过４００ｓ扰动幅度就能增长到５０％，经过７００ｓ后幅度趋近１００％，即为完全的等离子体泡．由于Ｅ区的影响，赤道扩展Ｆ主要出现于晚上．本文的理论阐明了重力波与Ｒａｙｌｅｉｇｈ－Ｔａｙｌｏｒ不稳定性相互作用的性质，揭示了大尺度赤道扩展Ｆ的产生机制．

大气重力波触发的Rayleigh－Taylor不稳定性的时空演变

对大气重力波触发的赤道电离层Ｒａｙｌｅｉｇｈ－Ｔａｙｌｏｒ不稳定性的时空演变进行了数值模拟．结果表明，重力波能在Ｆ区底部触发Ｒａｙｌｅｉｇｈ－Ｔａｙｌｏｒ不稳定性，这种等离子体不稳定扰动穿过Ｆ峰，到达Ｆ区顶部，形成等离子体泡结构．等离子体泡出现向西倾斜和分岔等特征．当夜Ｆ区较高时，产生等离子体泡的时间仅１９００ｓ．数值模拟结果证实了重力波触发．Ｒａｙｌｅｉｇｈ－Ｔａｙｌｏｒ不稳定性的理论，解释了大量电离层观测现象．

贵州中部大气重力波活动的天气气候学分析

使用贵阳市１９９４年以来１６个月连续的大气重力波单测点探测资料及动态谱分析技术，对贵州中部大气重力波活动进行了天气气候学分析，结果表明：（１）大气重力波在冬春季明显强于夏秋季；（２）重力波日变化的特点是长周期波中午较强，短周期波午夜较强；（３）重力波谱分布特点是周期小于２０ｍｉｎ和１４０～１６０ｍｉｎ的波强度较小，周期在５０～６０ｍｉｎ和３２０ｍｉｎ以上的波强度较大；（４）相关分析结果表明，影响大气重力波强度的主要因子是冷空气活动和强对流活动；（５）大气潮汐产生的气压波动在长周期段上也有反映。

大气重力波布阵探测灾害性冰雹过程的研究

1995— 1 997年在冰雹灾害频繁的贵州省中西部进行了灾害性冰雹过程的大气重力波布阵探测研究 ,结果表明使用动态谱分析技术的大气重力波三测点布阵探测方法不仅可以在冰雹灾害发生 3— 2 4小时以前获得可靠的预警信息 ,而且可连续跟踪监测波源所在方位 。