大气角动量变化以及对地球自转季节变化的激发

利用日本气象局AMIPⅡ大气数值模式的输出结果，基于BP方法和SP方法计算了1979年至1996年大气角动量变化以及对地球自转季节变化激发的差异。利用最小二乘谐波拟合方法和气候平均图方法，分析了大气角动量的季节变化，并与同时期采用NCEP再分析资料和JMA客观分析资料计算的大气角动量进行比较。     

大气热力状况在地球自转速度季节变化中的作用

木文根据多年观测资料,计算了各月各层大气南北半球赤道与极地之间和南北半球之间的温度差以及地球自转角速度季节变化值,分析了它们与全球大气角动量以及潮汐引起的日长变化的关系。结果表明,两个半球之间的空气温度差是大气角动量、地球角动量和地球自转角速度产生季节变化的主要原因。     

不同频段上极移,日长变化与大气角动量变化激发结果的比较

本文用ＪＭＡ大气角动量序列计算了对极移和日长变化的激发量（ｍ＇１、ｍ＇２和ｍ＇３），并分三个频段与天文观测得到的地球自转参数序列（ｍ１、ｍ２和ｍ３）进行了比较．结果表明：在钱德勒和季节性频段上，大气运动确实是固体地球自转变化的主要激发源．     

大气和带谐潮汐对日长高频变化的影响

用国际地球自转服务提供的高精度日长序列△LOD(IERS(EOP99CO4)，和由美国国家环境预报中心(NCEP)对过去的气象资料进行重新分析和计算，提供的轴向大气角动量序列(AAM)来研究大气和带谐潮汐对地球自转变化(△LOD)中高频振荡激发的贡献。由Multitaper功率谱分析表明，△LOD序列在9．13d(天)、13．63d、13．66d、27．55d周期时呈现出比较强的谱峰，这些谱都在95％的显著性水平以上，有比较强的信噪比。从△LOD和AAM之差值序列谱分析结果及地球带谐响应系数k的估计，表明大气不是△LOD的高频变化的主要激发源。根据理论潮汐周期可知，有可能存在其它的激发源，如海洋对地球自转变化的激发。这还有待于进一步深入探讨。     

用地球自转的历史观测资料反演大气环流的年际变化特征

运用近代天和气象观测技术所测得的资料证实了，固体地球自转的速率变化与大气角动量之间，在几年以下的时间尺度上是非常符合的。 因此，本作首先探讨际用历史上的地球自转观测资料序列作为表征大气环流的一种数据的可能性，用多级数字滤波方法反演了过去近三个世纪的大气年际变化过程，并揭示了历史上大气活动的某些特征。     

大气对地球自转参数（ERP）的高频激发

本文采用１９８３—１９９２年期间由空间大地测量技术观测和归算的地球自转参数（ＥＲＰ）序列，以及由全球气象资料归算的大气角动量（ＡＡＭ）序列，分析和研究了大气对地球自转参数的日长变化（ＬＯＤ）和极移（ｘ和ｙ）在一个月时间尺度以内的高频激发作用，得到的主要结果如下：１大气对ＬＯＤ分量高频潮汐的估计值存在着影响，但是，潮汐形变参数ｋ／ｃ随时间和频率的变化却是受非大气因素的扰动引起的．２．大气可以解释３０天以下ＬＯＤ非潮汐的大部分变化．３．极移分量３０天以内的高频变化也主要由大气激发．ｘ分量与大气的相关性要强于ｙ分量，而且更为稳定，主要表现为平均时间尺度约为２７天的波动，大气对这个波动的贡献可达７０％．     

大气角动量资料源的变化对研究日长变化激发的贡献

本文采用1979—1995年间由空间大地测量技术观测和归算的日长变化（△LOD）序列,以及由美国国家气象中心（NMC）和美国国家环境预测中心与美国国家大气研究中心（NCEP／NCAR）利用全球气象资料各自归算的大气角动量（AAM）序列,重新分析、研究和估计了大气对△LOD的激发作用,比较了上述各个大气角动量序列对△LOD激发贡献,得到的主要结果如下：1．NCEP／NCAR用同化后的全球气象资料重新归算的AAM序列比原来NMC的序列具有系统均匀化、噪声小和分辨率高的特点,以及和日长变化的符合度更好．2．采用NCEP／NCAR重新归算的AAM来研究大气在从亚季节性到年际时间尺度上对非潮汐△LOD的激发贡献,得到进一步改善的结果,尤其是在准两年时间尺度上．但是大气仍不能解释全部△LOD化,可能存在其它激发源．3．大气对△LOD高频潮汐项的估计值影响较小,并从△LOD中解算出周年和半年潮汐参数估计的初步结果．     

厄尔尼诺与太阳活动的50d振荡

本文分析研究了１９８１—１９９４年太阳辐射流量（２８００ＭＨｚ）、太阳黑子相对数、大气角动量和地球自转日长变化序列的５０ｄ振荡．振荡周期的变化范围从４０ｄ至６０ｄ，它们的变化规律极其相似。１９８１年－１９９４年期间发生的３次厄尔尼诺均出现在太阳活动的５０ｄ振荡周期的谷值时期．这说明太阳活动的５０ｄ振荡可能是引起厄尔尼诺事件的一种原因．     

大气和带谐潮汐对日长高频变化的影响

用国际地球自转服务提供的高精度日长序列ΔLOD(IERS(EOP99C04),和由美国国家环境预报中心(NCEP)对过去的气象资料进行重新分析和计算,提供的轴向大气角动量序列(AAM)来研究大气和带谐潮汐对地球自转变化(ΔLOD)中高频振荡激发的贡献。由Multitaper功率谱分析表明,ΔLOD序列在9.13d(天)、13.63d、13.66d、27.55d周期时呈现出比较强的谱峰,这些谱都在95%的显著性水平以上,有比较强的信噪比。从ΔLOD和AAM之差值序列谱分析结果及地球带谐响应系数k的估计,表明大气不是ΔLOD的高频变化的主要激发源。根据理论潮汐周期可知,有可能存在其它的激发源,如海洋对地球自转变化的激发。这还有待于进一步深入探讨。     

地球自转、大气角动量和太阳活动的30—60天波动特征

本分析了十三年的日长变化、大气角动量和太阳黑子相对数资料，研究了这三种资料序列中30－60天波动过程，用统计分析和检验方法证实这种波动过程在时间尺度上具有随机游动的特性，定量分析表明，在此时间尺度上，大气环流中带风的作用对日长变化的贡献约为87％。如果太阳活动对地球自转中30－60天波动存在激发作用，其作用过程不能完全证明是直接通过大气影响地球自转的。可能存在其他媒介，如通过海洋再作用于大气和固体地球。     

大气、陆地水储量和海水质量分布变化与地球低阶引力场球谐系数的关系

大气、固体地球及海洋组成了一个复杂、变化的地球动力学系统，这一系统中的任一质量分布变化都将产生地球引力场变化。采用全球7000多个地面气象台站的月平均降水及温度资料、NCEP提供气压月均值、TOPEX／Poseidon卫星测高资料和WOA98海水温度及盐度模型计算了大气、陆地水储量和海水质量分布变化引起地球低阶引力场系数变化。比较综合大气、陆地水储量和海水质量分布变化对带谐项J2，J3，J4影响的计算结果和人卫激光卫星的测定结果，可以看出，大气、陆地水储量和海水质量分布变化是引起地球低阶引力场系数周年变化的重要激发源。     

Statistical analysis of the results of champ occultation data processing at Shanghai astronomical observatory

With the development of the CPS (Global Positioning System) it has become possible to retrieve accurate profiles of atmospheric temperature, pressure and moisture from CPS occultation data. Using the inversion module developed in Shanghai Astronomical Observatory, (SHAG), we obtained atmospheric profiles from more than 2700 CHAMP occultation events observed in the period 2002 Aug. 1–17. The retrieved profiles are compared with the data of the European Center for Medium-range Weather Forecasts (ECMWF), and their errors are analyzed. An optimal method of statistical analysis is proposed and applied. The statistical results show that GPS occultation data may contribute valuably to numerical weather forecast and long-term monitoring of the earth's climate.     

The SORCE Mission

The Solar Radiation and Climate Experiment (SORCE) satellite carries four scientific instruments that measure the solar radiation at the top of the Earth's atmosphere. The mission is an important flight component of NASA's Earth Observing System (EOS), which in turn is the major observational and scientific element of the U.S. Global Change Research Program. The scientific objectives of SORCE are to make daily measurements of the total solar irradiance and of spectral solar irradiance from 120 to 2000 nm with additional measurements of the energetic X-rays. Solar radiation provides the dominant energy source for the Earth system and detailed understanding of its variation is essential for atmospheric and climate studies. SORCE was launched on January 25, 2003 and has an expected lifetime through the next solar minimum in about 2007. The spacecraft and all instruments have operated flawlessly during the first 2 years, and this paper provides an overview of the mission and discusses the contributions that SORCE is making to improve understanding of the Sun's influence on the Earth environment.     

Improvement on Atmospheric Hydrostatic Delay Correction at Low Elevation Angles

Observation made at low evelation angles is the trend of development of GPS (Global Positioning System) meteorology, wherein the development of highly accurate atmospheric hydrostatic delay corrections at low elevating angles is the main key technique. The comparison among three methods for calculating the atmospheric hydrostatic delay correction of the radio waves from space to the ground-based receiver is made: (1) the atmospheric hydrostatic delay obtained from the path integration of the sounding balloon data under the assumption of atmospheric spherical symmetry, (2) the atmospheric hydrostatic delay acquired from the reanalyzed data of the NCEP (National Centers for Environmental Prediction) under the assumption of atmospheric spherical symmetry and (3) the atmospheric hydrostatic delay got from Niell's atmospheric hydrostatic mapping function. The results of the comparison of them with the atmospheric hydrostatic mapping function obtained from the calculation carried out by taking advantage of the data acquired at 89 sounding balloon stations in China in 2001 show that the accuracy of the method of the path integration of the reanalyzed data of NCEP at low elevating angles (bellow 5°) is about 5 times better than that of the Niell mapping function model.     

One-dimensional variational retrieval of refractivity profiles by GPS occultation

In recent years, the technique of Global Positioning System/Low Earth Orbit (GPS/LEO) radio occultation has opened up a new route for exploring the earth atmosphere. With this technique, the vertical profiles of pressure, temperature, water vapor of the earth atmosphere can be retrieved from GPS/LEO occultation data, thus making the latter a potentially valuable data resource for meteorological and atmospheric sciences. The technique may effectively improve the quality of the meteorological profiles, and so improve the current numerical weather forecasting model. In the one-dimensional variational (1DVAR) assimilation retrieval technique in current use, the profiles of atmospheric water vapor and temperature, as well as the sea level pressure are retrieved by assimilating the atmospheric refractivity or bending angle profile from GPS/LEO occultation data. In the system independently developed at Shanghai Observatory, the 1DVAR assimilation of CPS occultation data is accomplished by the Levenberg-Marquardt method with the analytical data from the European Center for Medium Range Weather Forecasting (ECMWF) as the background field, the refractivity profile obtained from CHAMP occultation data as the observational quantity. The result was checked with sounding balloon data near the occultation points.     

Comparison of the atmosphere above the South Pole, Dome C and Dome A: first attempt

The atmospheric properties above three sites (Dome C, Dome A and the South Pole) on the Internal Antarctic Plateau are investigated for astronomical applications using the monthly median of the analyses from ECMWF (the European Centre for Medium-Range Weather Forecasts). Radiosoundings extended on a yearly time-scale at the South Pole and Dome C are used to quantify the reliability of the ECMWF analyses in the free atmosphere as well as in the boundary and surface layers, and to characterize the median wind speed in the first 100 m above the two sites. Thermodynamic instability properties in the free atmosphere above the three sites are quantified with monthly median values of the Richardson number. We find that the probability to trigger thermodynamic instabilities above 100 m is smaller on the Internal Antarctic Plateau than on mid-latitude sites. In spite of the generally more stable atmospheric conditions of the Antarctic sites compared to mid-latitude sites, Dome C shows worse thermodynamic instability conditions than those predicted above the South Pole and Dome A above 100 m. A rank of the Antarctic sites done with respect to the strength of the wind speed in the free atmosphere (ECMWF analyses) as well as the wind shear in the surface layer (radiosoundings) is presented.     

JMAGCM模拟的大气角动量函数Ⅰ.季节性分量(英文)

大气角动量(AAM) 变化和地球自转变化密切相关,它们可应用于全球环流模型的检验.根据日本气象厅全球环流模型的输出数据计算出AAM 函数,将AAM 函数的模拟值与它的观测值以及地球自转变化序列相比较,来检验该模型对大气角动量的模拟.限于篇幅,仅给出AAM 函数的季节性分量模拟的结果.对于半年项,轴向AAM 函数的气压项和风项的模拟值都偏高,赤道向AAM 函数的气压项和风项很小,因而未予考虑;对于周年项,轴向AAM函数气压项的模拟值偏低,而赤道向AAM 函数气压项的模拟值偏高,轴向AAM 函数的风项模拟得最好,而赤道向AAM 函数的风项模拟得较差.总之,高精度的天文观测的地球自转系列可以作为全球环流模型检验的一种重要参考依据.     

对称模式下的CHAMP弯曲角掩星数据同化

简单介绍了无线电掩星技术探测行星大气的发展史,列举了该技术中存在的若干问题。从 Eyre提出的统计学的最优估计反演方法,比较了用相位、弯曲角和折射率作为同化因子时出现的问题和各自的优缺点。对弯曲角同化因子,以欧洲中期天气预报中心(ECMWF)资料为背景场,运用一维变分技术,进行CHAMP掩星观测资料变分同化反演,从而获得水汽和温度剖面。将反演获得的气象剖面与非同化的剖面作比较,并且采用相应的探空气球资料作为验证,可以看出变分同化技术比传统的标准反演技术反演误差小。证实掩星数据资料的一维变分同化技术可以改进目前的数值天气预报模式。     

对月日潮汐摩擦耗散的估计

月日潮汐摩擦和地球惯量矩变化是日长长期变化的主要原因．在本文中，利用最新的地球物理和古生物钟数据，对过去15亿年以来的月日潮汐摩擦、地球惯量矩变化和日长长期变化等作了数值对比研究．由此得到二个重要结论：一是仅利用地球的自转形变不能解释J2的变化，这说明地球的重力分异现象至今仍存在着；其二是在几亿年前的潮汐摩擦比现在大得多，若取潮汐耗散与距离的立方成反比时，理论结果与由古生物钟得到的回归年日数和朔望月日数数据较为符合。