大气重力格林函数的理论计算

重力测量中需要扣除大气的影响.大气负荷对重力测量的影响可以分为大气质量变化引起的直接效应和大气负荷引起的地球变形带来的间接效应,大气负荷对重力观测值的直接影响,相对于间接效应量级较大.本文从理论上研究了大气负荷对重力观测的直接影响,仿照Farrell定义的负荷格林函数,引入大气重力格林函数,用来表示大气压变化对于重力观测的直接引力影响.在前人的基础上,本文采用了更为精细的大气模型,考虑大气温度随高程的变化,用离散褶积的方法求得了大气重力格林函数的理论值.实际计算时还要考虑地表温度、台站高程、周围地形等因素的影响,本文讨论了这些因素对大气重力格林函数的影响.考虑地表温度、台站高程、地形改正等各种影响因素以及地球变形引起的间接效应后,对台站周围区域积分即可求得大气变化引起的理论重力信号.

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.

曲线拟合背景场在提取大气重力波参数中的缺陷

利用一次东亚副热带高空急流演变过程的高分辨率数值模拟结果,采用Morlet小波分析和Fourier功率谱分析方法,以3阶和4阶曲线拟合为例,研究了提取大气重力波参数时常用的曲线拟合背景场获取方法的缺陷。结果表明:虽然4阶拟合对原始风廓线的拟合程度高于3阶拟合,但基于4阶拟合背景场得到风速扰动垂直廓线后,所提取的重力波参数和实际情况的差异大于3阶曲线拟合方法的结果。因此,不能将背景场对原始风廓线的拟合程度作为判断重力波参数提取准确率的依据。曲线拟合方法在大多数情况下会使扰动场中包含背景场信号,且所包含的背景场信号强度差异很大,同时还会引入虚假波信号。所以在提取大气重力波参数时,采用曲线拟合方法获取背景场存在缺陷,需要设计更合理的背景场获取方法。

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。

大气重力信号的理论计算及其检测

基于标准大气定律和大气圆柱体分布模型，本文引进了大气重力格林函数，用离散格积方法求得了大气对重力场观测的影响，对台站高程、周围地形和地表温度变化等因素的影响问题进行了讨论．结果说明台站近区气压变化是大气重力信号的主要贡献者，考虑大气质量负荷引起的弹性地球形变效应后，对距台站0．5°的区域积分获得的大气重力导纳值为—0．3603μGal／hPa，占全球大气变化引起的总信号的90％以上，这一理论模型结果与超导重力仪实测结果相吻合，并能较有效地用于消除重力观测中的气压干扰成分．

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．

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．

非线性大气重力波产生的行进电离层扰动

本文导出了大气重力波的非线性方程,研究了重力波的非线性性质。利用等离子体的连续性方程,计算了电离层对重力波的非线性响应,讨论了非线性电离层扰动(TID)的形态。结果表明,非线牲效应使TID表现为多种不规则形态。

不同途径获得的大气重力波参数扰动场特征对比分析

重力波参数气候特征是确定全球大气模式中重力波参数化方案的一个重要环节,利用高垂直分辨率探空资料扰动场是获取重力波参数气候特征的基础数据和重要手段。目前,通常采用2~4阶曲线拟合、带通滤波方法获取高垂直分辨率探空资料扰动场,但针对不同方法之间的扰动场差异特征研究较少,本文利用2~4阶曲线拟合、带通滤波方法(0.5~5.0km)获取2014-2017年太原地区(112.55°E,37.78°N)高垂直分辨率探空资料扰动场,采用相关系数、Lomb-Scargle、不同区间范围占有率方法进行研究,结果表明:①不同方法之间的纬向风扰动场、经向风扰动场、温度扰动场均存在较明显差异,且相关性均较弱;②Lomb-Scargle分析表明,不同方法得到的平均纬向风扰动场、平均经向风扰动场、平均温度扰动场显著含有(通过90%置信检验)的垂直波长均存在明显差异;③不同方法得到的纬向风扰动场、经向风扰动场、温度扰动场显著含有的垂直波长,在不同区间范围内的占有率均存在明显差异。

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。

关于气体压强在大气中与“大气重力压强”的讨论

分析了压强的微观本质 ,压强是由气体分子不断地碰撞而产生的 ,而不是由气体的重量产生的 ,进而又分析了大气压与大气层重量的关系 .

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 。

大气重力波与分娩产程发动的关系

利用2492例自然分娩资料和8248h重力波探测记录,结合地面气象观测、无线电探空及声雷达探测资料研究了贵阳市大气重力波的活动与分娩产程发动的关系。结果表明:波动周期6～10min,振幅8Pa以上的大气重力波活动与分娩发动有密切联系。大气重力波可能是诱发产程的一个大气环境因子。99％以上的分娩产程发动于有规则的大气重力波活动的大气环境中,而无规则的重力波存在时,分娩发动极少、雷暴天气出现前1～3h是这种波动最活跃的时段,此时的分娩发动率是无规则的重力波活动时段的3倍以上。 还讨论了重力波影响产程发动的可能机制,认为有可能使用人工模拟重力波的方法调节自然分娩的启动过程及其它人体生理生化过程。

冰雹灾害的大气重力波遥感预警系统

１９８５～１９９２年在北京、贵阳及河北满城进行的多次强对流过程大气重力波探测研究中，发现灾害性冰雹出现前３～６ｈ即有周期为２０～６０ｍｉｎ，振幅超过３０Ｐａ的大气微压重力波间歇性的活动。这一发现为灾害性冰雹过程的临近预报提供了重要指标。在此基础上我们使用重力波动态（三维）谱分析技术并设计了相应的微机系统软件，实现了大气重力波数据的实时采集分析和连续动态谱显示，从而研制成将微压波探头、数据采集、微机动态谱实时显示和临近预报指标等软、硬件结合为一体的冰雹重力波预警系统。该系统对强对流冰雹过程有很高的预警和识别能力，并且已达到实际业务使用水平，初步应用于人工防雹作业指挥，大大减少了空报造成的盲目性。１９９３年３～６月该系统在贵州省重雹灾区普定县实际用于冰雹预报和人工防雹作业指挥的效果证明，该系统可提供时效为３～６ｈ的冰雹预警信息，未出现空报和漏报，为该县减少炮弹耗费５０％以上，经济社会效益明显。这一系统同时还是普遍适用的大气重力波探测和实时分析工具，应用时只须改变软件中的参数设置或增加局部应用程序，即可对锋面、气旋、台风、高空槽、高低空急流等天气系统和强对流、危险性风切变等大气现象以及大气边界层结构等进行连续跟踪?

冰雹灾害的大气重力波遥感预警系统

1985～1992年在北京、贵阳及河北满城进行的多次强对流过程大气重力波探测研究中，发现灾害性冰雹出现前3～6小时即有周期为10～40分，振幅超过30Pa的大气微压重力波间歇性的活动。这一发现为灾害性冰雹过程的临近预报提供了重要指标。在此基础上使用重力波动态（三维）谱分析技术并设计了相应的微机系统软件，实现了大气重力波数据的实时采集分析和连续动态谱显示，从而研制成将微压波探头、数据采集、微机动态谱实时显示和临近预报指标等软、硬件结合为一体的冰雹重力波预警系统。该系统用于强对流冰雹过程的预警和识别，1993年3～6月该系统实际应用效果证明可提供时效为3～6小时的冰雹预警信息，未出现空报和漏报，并减少炮弹通讯耗费80％以上。这一系统同时还是普遍适用的大气重力波探测和实时分析工具。应用时只须改变软件中的参数设置或增加局部应用程序，即可对锋面、气旋、台风、高空槽、高低空气流等天气系统和强对流、危险性风切变等大气现象以及大气边界层结构等进行连续跟踪探测，并成为常规天气预报和大气科学理论研究的新的手段。