夜光云内小尺度重力波对冰晶粒径谱的影响规律研究

本文利用AIM卫星搭载的CIPS云图反照率和冰晶粒径数据,从中提取了2007/08南半球和2008年北半球共6489个小尺度重力波活动(波长5~150km范围)个例,对重力波区域与背景云层冰晶粒径谱进行对比分析,从而研究重力波对冰晶平均半径和谱宽的影响规律.结果表明,北半球重力波区域冰晶的平均半径和谱宽分别比背景云层小2.5nm和6.1nm,南半球则分别减小1.1nm和7.9nm.在随纬度的分布上,小于80°时,南北半球的平均半径扰动值均为负值,绝对值随纬度增大而减小,而大于80°时,负扰动转变为正扰动,且绝对值增加;谱宽扰动的绝对值也随着纬度增加而减小,但均为负值.在季节内随时间的分布上,南北半球重力波对冰晶平均半径和谱宽的扰动在始末阶段以负值为主,且绝对值较大,而在中期阶段正负值相当,且绝对值较小.这一特征与重力波引起冰晶粒径变化的振幅在纬度和时间上的分布趋势一致.重力波的波长均随纬度升高而减小,在季节的始末阶段较大,中期小,且南半球的平均波长和变化幅度都要明显大于北半球的,粒径扰动振幅随波长的变化率为南半球0.207nm·km-1,北半球的0.163nm·km-1.根据分析推断,重力波自身的扰动振幅应与其影响区域内的谱参数相对于背景云层的变化量有直接关系,且振幅越大,平均半径和谱宽的负扰动就越大.     

北半球电离层中纬槽发生率及其槽极小位置变化的统计研究

本文利用2014年9月到2017年8月全球高时空分辨率TEC数据对北半球四个经度带电离层中纬槽的发生率和槽极小位置的变化进行了统计研究.基于Kp指数,我们引入了一个包含地磁活动变化历史效应的地磁指数(Kp 9)来分析中纬槽位置变化与地磁活动水平的关系.通过与其他地磁活动指数的对比,发现槽极小纬度与Kp 9指数的相关性最好.此外,本文重点分析了中纬槽发生率及槽极小纬度的经度差异、季节变化、地方时变化以及与地磁活动强度等的关系.结果表明,中纬槽的发生率与经度关系不大,主要受到季节、地方时与地磁活动的影响.午夜中纬槽发生率在夏季较低,其随地方时的变化则呈现出负偏态分布的特点,在后半夜发生率更高,而地磁活动增强对中纬槽的发生具有明显的促进作用.对于槽极小纬度,其在四个经度带的分布差异不大,但月变化各不相同,其中-120°经度带呈单峰分布,在夏季槽极小纬度更高,而0°经度带夏季槽极小纬度更低.槽极小的位置显著依赖于地磁活动、地方时以及季节变化.一般说来,地磁活动越强,中纬槽纬度越低.中纬槽位置随地方时的变化有明显的季节差异,冬季昏侧槽极小纬度随地方时变化较快,弱地磁活动条件下22∶00 LT前即达到最低纬度,其后位置几乎保持不变,而两分季槽极小纬度从昏侧至午夜都在降低,夏季槽极小纬度从昏侧连续下降至03∶00 LT左右.     

中间层顶重力波耗散引起钠原子输送的激光雷达观测研究

利用中国科学院国家空间科学中心廊坊站(40.0°N,116.3°E)钠荧光多普勒激光雷达2011年至2013年共约82 h的钠原子数密度和垂直风观测数据,分析了廊坊地区中间层顶区域大气重力波耗散引起的钠原子输送特征.分析得到,90~100km处重力波耗散引起的平均钠原子垂直通量整体为负,钠原子向下输送,在93 km处达到最大负值-1.47×10~8m~(-3)m·s~(-1),85~90km处平均钠原子垂直通量为正,钠原子向上输送,但通量值随高度递减.钠原子垂直通量方向在90km处发生转变,垂直通量随高度的变化造成钠原子汇聚,汇聚效应引起的平均钠原子产生率最大值在91km处达到了1.40×10~8m~(-3)/h,该值超过了相同高度上模式计算流星烧蚀注入引起的钠原子产生率峰值,说明重力波耗散对钠层结构的形成具有重要影响.与美国SOR和Maui观测结果相比,平均钠原子产生率峰值大小相近,但出现高度不同,说明大气重力波耗散引起的物质输送具有显著的地域变化特征.研究结果可为大气物质输送理论的完善以及大气金属层物理模式的改进提供观测事实参考.     

基于COSMIC掩星数据分析中低纬度地区电子密度分布变化

利用COSMIC掩星2009年电子密度剖面数据,筛选数据进行网格划分,网格内数据统计平均,基于球谐函数计算模型值,分析电离层中低纬度地区最大电子密度的地磁季节变化、昼夜测分布相对变化,及地磁活动对电子密度的分布影响.结果表明,最大电子密度昼测值明显高于夜测值,在中纬度部分区域增大明显.电子密度昼测值在地磁活动期间高度150-550 km中低纬度范围为正相扰动,随纬度变化存在区域差异,随高度增加,扰动加强.     

基于COSMIC卫星观测数据的平流层重力波的全球分布特征研究

本文利用2007年1月至2012年12月的COSMIC卫星温度剖线,从中提取了垂直波长在3~10 km的重力波扰动信息,进而分析了全球平流层大气重力波的分布特征.赤道地区低平流层重力波表现出明显的准两年变化,这种变化与风场的准两年变化具有明显的相关性,向下发展速度约为1 km/月;赤道地区高平流层(35 km以上区域)的重力波活动则存在明显的半年变化.中高纬度重力波活动主要表现为冬季强夏季弱.在南极地区存在着与急流的时间、空间以及强度变化密切相关的重力波分布特征,这说明在南极极夜急流是非常重要的一个重力波源;而在北极极夜急流的作用则没有那么强.此外,通过考察不同高度的重力波活动特征,我们发现:30 km以下重力波活动较强区域主要在赤道地区且与强对流区分布基本吻合,地形诱发的以及与天气系统相关的强重力波活动在该高度范围内同样出现;而在30 km以上的区域重力波活动强度分布则会出现与平流层爆发性增温以及极夜急流有关的变化.     

天水地震区Q值结构

计算了天水地震区人工地震测深两条纵测线时间域里Ｐ波最大振幅随距离的衰减速率的变化，反演出Ｐ波的衰减特征．计算了二维Ｑ值分布，给出了沉积层、上地壳、中地壳、下地壳及低速层中的Ｑ值块状分布图，并对不同的构造单元给出了平均Ｑ值柱状分布图．     

中国地区下平流层惯性重力波参数分布特征的资料分析

重力波参数特征的确定是全球大气环流模式中平流层重力波参数化的一个重要环节,这些参数的选取需要根据观测资料来确定.本文根据中国地区南北向8个站点(自北向南依次为嫩江、锡林浩特、北京、郑州、南阳、宜昌、怀化和南宁,纬度范围为22°~49°N)两年多的垂直高分辨率无线电探空资料,分析了下平流层(18~25km)惯性重力波活动的季节变化及其随纬度的分布特征.主要结果有:(1)与全球其他地区一样,中国地区下平流层重力波能量具有明显的季节变化和经向分布特征:冬季大夏季小,且随着纬度增加而减小;纬向和经向速度扰动大小一致,表明重力波能量在水平方向上是各向同性的.(2)重力波垂直波长随纬度没有明显变化,集中在1~3km,占所有样本的85%以上,平均值约为2.0km;水平波长80%以上集中在100~800km,平均值约为450km,有随纬度增加而降低的趋势(南北水平波长相差达40km左右),水平波长与垂直波长之比大约为200:1,表明下平流层重力波基本上沿水平方向传播,垂直方向的夹角极小.(3)固有频率和科氏参数之比有随纬度增加而减小的特征,集中在1~2,平均值约为1.5.(4)重力波能量主要向上传播,各站点重力波上传频率均在60%以上;水平传播方向有比较显著的方向性,主要是东西方向传播且与盛行风向有关,但是该各向异性随着纬度的增加有所减弱.     

武汉地区中尺度电离层声重波扰动的变化特性

利用武汉电离层观象台高频多普勒台阵的覆盖太阳活动高、低年份，长达５年的连续观测数据，采用小波分析等方法估算电离层声重波扰动（ＴＩＤ）的传播参量，通过这些参量对武汉地区电离层扰动形态和变化规律进行了系统分析研究．结果表明，观测到的中尺度电离层声重波扰动（ＭＳＴＩＤ）存在二个显著季变化，在传播速度和周期上有明显差异的优势传播方向：一个指向东北方，传播的方位角主要分布在３０°─７０°之间（０°为正北，以顺时针方向表示传播方位角），它在夏季出现率最大，冬季基本消失；另一个优势方向指向正南，方位角主要分布在１５０°─２２０°范围，主要出现在冬季．文中还给出了ＭＳＴＩＤ的年、日变化，并进一步探讨了其变化特性的可能形成机理．     

我国西部地区一些强震及中强震前后波速异常的初步研究（一）——波速比异常

本文对近年来我国西部地区发生的某些强震及中强震（M_S>5.0）的波速比异常作了一些初步探讨.文中给出并讨论了这些地震的波速比异常的一些共同特征,即随时间变化的曲线形态、异常特征量（异常持续时间与异常幅度）和异常的统计分布特征.此外还讨论了波速比异常的特性与地震序列类型、震源深度及震源机制的关系,探索了波速比异常与波速异常间的关系.最后还指出了地震活动性与波速比异常的某种对应关系,并作了简要的讨论.     

中层顶区Na原子分布昼夜变化的模拟研究

Na原子可以作为大气动力学过程（如潮汐波、重力波等）的示踪剂，因而对Na层的探测研究成为研究中层顶区的重要手段. 本文建立了时变的中高层大气光化学模式，并与国际电离层模式 (IRI 95) 与Na层光化学理论相结合，建立完整时变的中高层大气Na层光化学模式,着重研究Na层分布的昼夜变化. 计算结果表明，在Na原子分布的峰值附近，Na层不出现大的昼夜变化，而在Na层的上部和下部，Na原子密度存在明显的昼夜变化. 这些特性与实际的观测结果比较一致.     

中国不同纬度背景Na层夜间和季节变化特征的激光雷达研究

基于子午工程的北京、合肥和海南三个Na荧光激光雷达对中国不同纬度上空夜间背景Na层的长期观测,分析了我国沿东经120°N上空Na层的夜间变化和季节变化特征.对照2010年12月17日夜间三个雷达站的观测结果,发现三个地方Na层的夜间变化并不具有相关性.Na层长期变化的年加半年变化拟合结果显示,北京和合肥上空Na层柱密度具有明显的年变化特点,而海南上空Na层柱密度的半年变化特征更明显; Na层的质心高度和RMS宽度具有明显的半年变化特点,但海南地区Na层的RMS宽度的长期变化不具有半年变化特征.Na层参数的统计和对照显示,Na层柱密度的季节变化与大气温度季节变化相关,在冬季最大,在夏季最小.Na层柱密度随纬度升高而增大,同时年变化性逐渐增强;质心高度随纬度变化趋势不明显,但三个地方Na层质心高度的长期变化都具有较明显的半年变化特征;在各个月份中,北京地区Na层RMS宽度最大,合肥地区Na层RMS宽度最小,海南地区居中.     

新墨西哥州SOR中间层钠层结构的季节和夜间变化

利用1998年1月至2000年5月美国新墨西哥州Starfire Optic Range (SOR：35°N,106.5°W)钠风场、温度激光雷达共46个观测夜的数据，分析大气中间层钠层结构的季节变化特征. 结果表明，钠层丰度变化显示出很强的年振荡现象，其平均值为5.06×109cm-2，最大值出现在11月份，最小值出现在6月和7月份. 钠层均方根宽度的平均值为4.30km，中心高度的平均值为91.60km. 均方根宽度和中心高度变化显示出较明显的半年振荡特征. 年平均钠层夜间变化显示出潮汐的影响，丰度夜间变化在午夜前最小，日出前达到最大. 白天光离化作用和夜间复合过程，与潮汐动力学一起，导致钠层丰度发生较大的夜间变化.     

基于激光雷达手段的海南地区重力波与其波谱的季节分布特性研究

利用子午工程海南激光雷达对我国海南地区上空进行持续观测,通过3年的累积观测数据对我国低纬度地区重力波活动的季节分布特性进行研究,依据重力波线性理论对海南地区上空的大气密度扰动规律、空间功率谱及时间频率谱进行分析,并通过选择波长在1km至8km范围内具有特定波长以及具有波动周期为60 min至25min的特定频率的重力波辅助研究大气密度扰动的季节变化规律,总结得出海南地区重力波活动具有夏季大、春秋季小、而冬季依然频繁的季节性分布规律.结合海南地区特殊的地理位置与当地季节性气候特征分析得出海南地区上空重力波活动季节性变化的可能原因为青藏高原地形及我国南海地区存在的热带强对流与赤道潜流共同作用的结果.     

Ozone and temperature changes in the lower stratosphere

The vertical profiles of ozone and temperature from a series of balloon soundings at Delhi (28°N), Poona (18°N) and Trivandrum (8°N) were studied with synoptic meteorological data. While both ozone and temperature profiles show similar variations over all three stations, ozone maxima being always associated with thermally stable layers, the variations are most pronounced over Delhi, particularly in winter and in early spring when a series of western disturbances pass over north India. Both ozone and temperature profiles over Delhi show a layer structure characterized by a series of maxima and minima in both the vertical distribution of ozone and temperature and these are most pronounced in the lower stratosphere. These variations are associated with the influx of ozone-rich middle latitude stratospheric air over Delhi replacing subtropical air.     

Inertial gravity wave parameters for the lower stratosphere from radiosonde data over China

Characterization of gravity wave(GW)parameters for the stratosphere is critical for global atmospheric circulation models.These parameters are mainly determined from measurements.Here,we investigate variation in inertial GW activity with season and latitude in the lower stratosphere(18-25 km)over China,using radiosonde data with a high vertical resolution over a 2-year period.Eight radiosonde stations were selected across China,with a latitudinal range of 22°-49°N.Analyses show that the GW energy in the lower stratosphere over China has obvious seasonal variation and a meridional distribution,similar to other regions of the globe.The GW energy is highest in winter,and lowest in summer;it decreases with increasing latitude.Velocity perturbations with longitude and latitude are almost the same,indicating that GW energy is horizontally isotropic.Typically,85%of the vertical wavelength distribution is concentrated between elevations of 1 and 3 km,with a mean value of 2 km;it is almost constant with latitude.Over 80%of all the horizontal wavelengths occur in the range 100-800 km,with a mean value of 450km;they show a weak decrease with increasing latitude,yielding a difference of about 40 km over the 22°-49°N range.The ratio of horizontal wavelength over vertical wavelength is about 200:1,which implies that inertial GWs in the lower stratosphere propagate along nearly horizontal planes.Ratios of their intrinsic frequency to the Coriolis parameter decrease with increasing latitude;most values are between 1 and 2,with a mean value of 1.5.Study of the propagation directions of GW energy shows that upward fractions account for over 60%at all stations.In contrast,the horizontal propagation direction is significantly anisotropic,and is mainly along prevailing wind directions;this anisotropy weakens with increasing latitude.     

Equivalent gravity modes—An interim evaluation

Abstract

The behavior of the main solar semidiurnal tidal mode in a dissipative atmosphere is studied both in a rotating spherical atmosphere and by means of the equivalent gravity mode approximation. The former involves the neumerical solution of a two dimensional partial differential equation which (due to the presence of friction) is non-separable. The latter involves approximating the tidal mode at the equator by means of an internal gravity wave on a non-rotating plane; this approximation has been used extensively in earlier studies of the behavior of atmospheric tides in the thermosphere where viscosity assumes dominant importance. In the present study, dissipation is modelled by Newtonian cooling and Rayleigh. friction, both of which are taken to increase inversely with mean density. Coefficients are chosen to crudely simulate the effects of molecular viscosity and conductivity. The results of this study provide an opportunity to evaluate the equivalent gravity mode formalism. Our main findings are:

(i) Below 130 km, where friction is unimportant, equivalent gravity mode results are, for all practical purposes, identical to those at the equator obtained from a spherical calculation.

(ii) Above 130 km amplitudes over the equator obtained from the spherical calculation are about 30% smaller than those obtained from the equivalent gravity mode calculations. Also, there is a 15°xs (½ hour) difference in phase.

(iii) The amplitude reduction over the equator, cited above, is associated with a broadening of the latitude distribution of amplitude for the oscillatory pressure and temperature fields within the thermosphere. There is also a significant variation of phase with latitude within the thermosphere. Associated with the above variations are significant changes in the latitude distribution of horizontal velocity within the thermosphere.     

基于JUNO卫星WAVES仪器波动数据的木星磁层哨声波分析研究

等离子体波的空间分布在木星磁层高能电子动力学过程中起着重要的作用.现有大多数对木星磁层哨声波的观测仅限于|λ|≤15°的磁纬范围内,但是最新的JUNO卫星WAVES仪器提供的波动数据使得更高纬度、更广区域范围内的等离子体波动分布研究成为可能.本文通过对JUNO卫星WAVES仪器数据进行分析处理,详细研究了木星磁层哨声波的空间分布特性.观测表明,存在位于高LJ、高磁纬的木星磁层哨声波,它们广泛分布于距木星中心距离35～75个木星半径、磁纬为|λ|≤30°的空间区域.分析研究发现,WAVES仪器观测的木星磁层哨声波幅度一般为几个pT,远小于地球磁层哨声波的强度.木星磁层哨声波幅会随着LJ的增大缓慢增加,也会随着磁纬的减小趋向平缓变化.基于以上观测事实,本文利用指数幂函数分别拟合得到木星磁层哨声波幅随LJ和磁纬变化的经验模型.该模型将有助于精确理解哨声波对木星磁层高能电子动力学过程的重要影响.     

西北太平洋海岛地区地震背景噪声特征及海洋学解释

地震背景噪声特性及噪声源的分布研究逐渐成为深化背景噪声层析成像的关键问题.海岛地区由于特殊的地理位置,其背景噪声具有相对独特的特征.地脉动（约0.003~1 Hz）是地震背景噪声中能量最强的分量,其激发与特性被认为与海浪运动和固体地球之间的相互作用有关,但海岛地区地脉动特征与海洋波浪场之间的关系尚未被充分研究.本文利用西北太平洋海岛地震台站的连续记录数据、波浪浮标的实测数据以及WAVEWATCH-Ⅲ海浪模式的数值模拟结果,通过地震学和海洋学的交叉,分析海岛地区地脉动信号的时频特性及其与海洋波浪场之间的相关性,从海洋学角度对地脉动信号的特征及激发进行探讨与解释.结果表明,海岛地区地脉动信号相对于内陆地区更强,并具有明显且稳定的季节性变化特征：高频地脉动信号（0.12~0.32 Hz）在夏秋季节（5月-10月）相对较弱,而在冬春季节（11月-次年4月）相对较强,与北半球海洋活动季节性变化相一致.此外,海岛地区地脉动主要受周边海域波浪场影响,与周边海域波浪能功率密度及实测和数值模拟所得的有效波高均具有很好的互相关性.该研究结果同时表明可进一步发展利用地脉动观测数据反演海表波浪场的可能,为海洋科学研究中海表波浪场连续观测数据的获取提供地震学上的支持.