东经120°E中间层和低热层大气潮汐及其季节变化特征

利用为期一年的卫星遥感温度（SABER/TIMED）资料重建了120°E子午圈内中间层和低热层大气潮汐各主要频率分量（周日、半日和8小时潮汐）.这些主要频率分量随高度振幅增大，在97 km高度达到显著的振幅；其中迁移性周日潮汐在97 km高度出现极大振幅，然后随高度衰减.本文从考察迁移性成分和非迁移性成分各自在总潮汐中贡献角度出发，着重讨论了那些对形成该子午圈中97 km高度上整体潮汐扰动起控制作用的潮汐成分.结果显示，对周日和半日频率这两种潮汐而言，迁移性成分控制了它们的总体时空分布.在春分季节，迁移性周日潮的控制作用最显著，决定了赤道和两半球热带的活动中心；其中北半球副热带地区的季节变化形势与以往利用武汉（30°N，114°E）流星雷达风测量资料开展分析得到的结果是一致的；其他季节受非迁移性成分明显影响，例如，在本文关注的2005年中，夏至季节受（1，0）模、（1，-3）模和（1，-2）模的共同影响形成了从赤道向南延伸的活动中心，极值中心位于赤道附近，振幅达到了20 K以上，是全年的最大值.受迁移性成分控制，半日潮活动主要出现在两半球热带地区，北半球活动中心位于秋分季节（振幅达到13 K），南半球活动中心位于春分和夏至之间.其他季节受非迁移成分的影响，形成若干分布在两半球的活动中心.在本文关注的40°S～40°N范围内，与周日潮和半日潮相比，8小时潮汐具有显著较低的振幅；另外，虽然迁移性成分在一年中的大部分时间系统地分布在两半球热带地区，但是非迁移成分具有与迁移性成分相当或更大的振幅，在整体上控制了这种潮汐的时空分布.     

中国廊坊(39.4°N,116.7°E)中间层和低热层潮汐的季节变化

本文利用中国廊坊站(39.4°N,116.7°E)流星雷达在2012年4月1日至2013年3月31日期间的水平风场观测数据,分析了廊坊上空中间层和低热层(MLT,80~100 km)大气纬向风、经向风潮汐的季节变化特征.研究表明:廊坊MLT区域周日潮汐和半日潮汐波动比较显著,有明显的季节变化特征.周日潮汐振幅在88 km以下为半年变化,极大值位于2-3月和10月,极小值位于冬、夏季;在88 km以上为周年变化,振幅冬末春初最强,夏季最弱.周日潮汐相位在秋、冬季比春、夏季提前.半日潮汐主要呈现半年变化,在5月和9月最强,冬、夏季最弱.半日潮汐相位在春、夏季比秋、冬季提前.此外,廊坊风场潮汐的观测结果与WACCM4模式模拟结果进行比较,结果表明两者的主要特征相似,在细节上有显著区别.与40°N附近其他站点风场潮汐观测结果的比较结果表明中纬度MLT风场潮汐有显著的随经度变化特性.     

面向大气热力潮汐结构分析的Hough函数计算

作为一种刻画行星尺度大气波动基本结构的函数,Hough函数为开展有关大气潮汐全球结构的分析提供了具有物理基础的手段,它们也被作为一种数值工具应用于大气模式中以提高数值积分的效率.本文介绍了我们以拉普拉斯潮汐方程为基础,在发展求取Hough函数方面取得的进展,包括对有关计算方案和详细步骤的说明.针对39种分别具有三种主要频率,即周日、半日和1/3日,与此同时纬向波数落在[6,6]区间的潮汐成份,通过计算得到了与每一种成份对应的本征值、本征函数（Hough函数）集合.作为计算结果的示例,本文给出了针对迁移性周日潮和迁移性半日潮开展计算取得结果.这些结果说明这些函数具有正确的空间结构,与此同时还说明相关的本征值计算结果都达到了相当准确的水平.所有这些结果显示当前计算结果已经可以满足普通的应用.     

武汉和阿德莱德大气太阴N2潮及M2潮的对比分析

利用阿德莱德（35°S,138°E）和武汉（30.6°N,114.5°E）的流星雷达观测数据首次给出了80~100 km高度上周期为12.66太阳时的大气太阴半日潮汐（N₂潮）的季节、高度、年度变化及其与周期为12.42太阳时的大气太阴半日潮汐（M₂潮）的对比分析.分析结果表明：武汉和阿德莱德的N₂潮和M₂潮均有明显的季节、高度和年度变化.N₂潮与M₂潮的幅度比值大于其引力势之比0.191,在某些年份的不同季节和高度上,N₂潮的幅度甚至大于M₂潮的幅度.大多幅度之比接近或超过N₂潮和M₂潮引力势之比的2倍.中低热层的大气太阴N₂潮汐值得关注.     

气压和温度对南极中山站重力场观测的影响研究

对南极中山站1998-12-26-2000-01-01的气压、温度和重力场潮汐及非潮汐变化观测资料进行了综合对比与相关分析,研究了气压和温度变化对重力场观测的影响.结果表明,在南极中山站,重力场和气压变化存在很强的相关性,气压变化对重力场的影响非常大,且随频率的增加呈减少的趋势气压在长周期、周日、半日和1/3日频段的平均重力导纳值分别为-1.6834,-1.5304,-0.9450,-0.8791μGal/hPa,与中、低纬度地区的同类观测结果之间存在很大的差异,具有明显的"反变气压计"效应.重力场和温度变化的相关性随时间不同存在较大的差异,温度对重力场观测的影响主要反应在长周期频段,温度的平均重力导纳值为0.6296μGal/℃,对重力场高频(包括周日、半日和1/3日潮汐频段)扰动的贡献极小.气压和温度改正后,潮汐各频段的标准偏差有不同程度的下降,周日和半日频段的标准偏差从6.63μGal和1.41μGal分别下降到2.11μGal和1.13μGal,各重力潮波的观测精度都有提高;重力残差的振幅谱在各频段,特别是在长周期频段明显降低.     

平流层爆发性增温期间赤道电集流中太阴潮汐的经度变化统计学研究

本文利用地磁台站和卫星磁场数据,对平流层爆发性增温(Sudden Stratospheric Warming,SSW)期间赤道电集流(Equatorial Electrojet,EEJ)中太阴半日潮汐的经度变化进行了统计学分析.结果显示,SSW期间秘鲁和印度扇区的EEJ中太阴半日潮汐明显增强,且存在显著的经度差异.秘鲁扇区的EEJ中太阴半日潮汐达到峰值的时间要早于印度扇区,进一步分析发现峰值时间的经度差异与太阳活动和准两年振荡相位有关.此外,SSW期间秘鲁扇区EEJ的太阴半日潮汐峰值强度比印度扇区高.对比不同经度带背景磁场的强度与太阴半日潮汐的峰值幅度的关系,可以看出SSW期间EEJ太阴半日潮汐峰值幅度的经度差异与背景磁场强度有关,但也存在其他物理过程的影响.     

中国大陆经纬链地电场日变化

本文应用中国大陆两条经度链和两条纬度链上共37个地电场台站的观测数据,研究了地电场日变化的时/频域特征,结果认为,绝大多数台站的日变化表现为两次起伏的半日波,紧临午前午后出现;按FFT振幅谱由大到小,其主要周期成分依次为12.4/12、8、24 h等,与潮汐调和分量周期一致;纬度效应主要表现为沿经度链的日变化幅度与纬度高/低有关,日变化相位差与当地时差吻合;Loyd季节的J季节日变化幅度最大、E季节其次、D季节最小.讨论了产生日变化主要周期成分的可能原因,认为月日引潮力引起的地面涡旋电流强度变化和太阳风引起的空间电磁活动共同产生了地电日变化的半日波周期成分.     

重力波与潮汐之间的非线性相互作用

采用二维可压缩大气中重力波非线性传播的数值模式, 研究了重力波与潮汐之间的非线性相互作用. 结果表明, 重力波在潮汐背景中传播时, 先后在z = 75~85, z = 90~110和z = 15~130 km 3个高度上发生不稳定. 垂直波长首先由12 km变成27 km左右, 新生成的长波逐渐被压缩并再次生成20 km左右的长波. 长波和短波出现的高度分别对应于反向和同向背景风场区域的高度. 在重力波主要的破碎区域(90~110 km)以上, 仍有部分重力波继续上传. 重力波在上传过程中除了对背景风场加速之外, 还增大了潮汐的振幅, 特别是在重力波发生不稳定之后, 对潮汐振幅的放大作用更加明显.     

武汉地区无线电探空仪加密观测的初步结果

利用武汉地区2006年1月11～15日的Radiosonde加密观测数据,本文讨论了当地对流层与低平流层（25 km以内）温度、纬向风与经向风周日潮汐变化的振幅与相位（振幅最大值对应的时间）的变化,同时与其他地区统计平均的结果进行了比较. 发现风场振幅的变化与统计平均的结果存在较大差异,这归结于当地冬季对流层内强烈变化而低平流层内相对稳定的风场;温度在23 km以上存在稳定的周日变化,气压在更大的范围内存在与温度类似的周日变化,这使得在23 km以上大气密度的周日变化十分微弱,在各个高度上近似为一个常数.     

武汉台重力潮汐长期观测结果

采用武汉台超导重力仪(SG C032)14年多的长期连续观测资料,研究了固体地球对二阶和三阶引潮力的响应特征,精密测定了重力潮汐参数,系统研究了最新的固体潮模型和海潮模型在中国大陆的有效性.采用最新的8个全球海潮模型计算了海潮负荷效应,从武汉台SG C032的观测中成功分离出63个2阶潮汐波群和15个3阶潮汐波群信号,3阶潮波涵盖了周日、半日和1/3日三个频段.重力潮汐观测的精度非常高,标准偏差达到1.116 nm·s^-2,系统反映了非流体静力平衡、非弹性地球对2阶和3阶引潮力的响应特征.结果表明,现有的武汉国际重力潮汐基准在半日频段非常精确,但在周日频段存在比较明显的偏差,需要进一步精化.对于中国大陆的大地测量观测,固体潮可以采用Dehant等考虑地球内部介质非弹性和非流体静力平衡建立的固体潮理论模型或Xu 等基于全球SG观测建立的重力潮汐全球实验模型作为参考和改正模型,海潮负荷效应应该采用Nao99作为改正模型.     

2013年平流层爆发性增温期间高纬电离层半日潮汐波研究

基于Sondrestrom站(67°N,51°W)非相干散射雷达观测数据,研究了2013年平流层爆发性增温(SSW)事件发生后高纬地区电离层F层和E层半日潮汐波.同时,对1月非SSW发生期间和不同太阳活动期间高纬电离层中的半日潮汐波进行了统计分析,并和2013年SSW事件发生后的结果进行了比较.研究发现,SSW发生后F...     

云南地区观测的舒曼谐振背景变化特征

本文利用云南地区永胜台观测的地磁南北和东西分量开展舒曼谐振的背景变化特征分析.通过提取舒曼谐振各阶频率和功率谱密度的小时均值,分析了前三阶舒曼谐振频率和功率谱密度在分点和至点前后的周日变化特征.舒曼谐振功率谱密度的周日变化与亚洲、非洲和美洲三大闪电活动中心的活跃时段以及观测站相对于三大闪电活动中心的方位密切相关.舒曼谐振频率的周日变化特征更复杂.各阶功率谱密度和频率在夏至和秋分前后的变化幅度比春分和冬至前后大.从2011年舒曼谐振频率和功率谱密度日中值的年变化图中发现,谐振频率随季节变化的特征不明显,而功率谱密度的年度变化曲线呈半周期正弦波形态,以7月份为轴对称分布.功率谱密度的季节变化特征与闪电活动的季节变化特征相一致.南北和东西分量得到的前三阶谐振频率,第一阶约稳定在7.5 Hz.而随着阶数增加,南北分量得到的谐振频率比东西分量约大0.5 Hz.高阶谐振频率发生偏移的原因目前还不清楚.     

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.     

磁暴期间热层大气密度变化

基于CHAMP卫星资料,分析了2002—2008年267个磁暴期间400km高度大气密度变化对季节、地方时与区域的依赖以及时延的统计学特征,得到暴时大气密度变化的一些新特点,主要结论如下:1)两半球大气密度绝对变化(δρa)结果在不同强度磁暴、不同地方时不同.受较强的焦耳加热和背景中性风共同作用,在北半球夏季,中等磁暴过程中夜侧和大磁暴中,夏半球的δρa强于冬半球;由于夏季半球盛行风环流造成的扰动传播速度快,北半球夏季日侧30°附近大气,北(夏)半球到达峰值的时间早于南(冬)半球.而可能受半球不对称背景磁场强度所导致的热层能量输送率影响,北半球夏季强磁暴和中磁暴个例的日侧,南半球δρa强于北半球;春秋季个例中日侧30°附近大气,北半球先于南半球1~2h达到峰值.2)受叠加在背景环流上的暴时经向环流影响,春秋季暴时赤道大气密度达到峰值的时间最短,日/夜侧大气分别在Dstmin后1h和2h达到峰值.至点附近夜侧赤道大气达到峰值时间一致,为Dstmin后3h;不同季节日侧结果不同,在北半球冬季时赤道地区经过更长的时间达到峰值.3)日侧赤道峰值时间距离高纬度峰值时间不受季节影响,为3h左右.在春秋季和北半球冬季夜侧,赤道大气密度先于高纬度达到峰值,且不同纬度大气密度的峰值几乎无差别,表明此时低纬度存在其他加热源起着重要作用.     

甘肃省东部地区的潮汐测量结果及其地球动力学意义

文中介绍甘肃省东部地区1985年以来在重力、倾斜、水平应变和水位等固体潮方面的测量概况,给出了各台(项)全系列观测资料作整体调和分析计算的潮汐参数,分析了液态地核共振效应对重力、水平线应变和水位固体潮周日波潮汐因子的影响以及地壳构造横向不均匀性对倾斜固体潮潮汐因子的影响。结果表明,兰州重力仪、石英水平伸缩仪和甘06井等水位井的结果清楚地显示出液核共振效应对K_1波振幅的缩小作用和对ψ_1波振幅的放大作用,且重力和伸缩仪NS向结果所揭示的地球模型更接近莫洛金斯基的地球型Ⅱ;倾斜固体潮潮汐因子的实测结果明显地受地壳构造横向不均匀性影响,其中水管倾斜仪受影响的程度又明显地大于水平摆倾斜仪,兰州和宕昌两地南北向的非均匀性明显大于东西向,而宕昌地区的非均匀性又明显大于兰州地区。     

东亚MLT区域平均纬向风再评估——WINDII测量分析结果

本文利用1991年11月至1997年8月期间美国WINDII/UARS获得的风场测量数据对东亚上空纬向风进行考察. 研究结果给出了位于120°E 子午圈中90～120 km之间平均纬向风的典型结构及其季节特征,与在武汉开展流星雷达探测结果进行比较的结果说明卫星测量分析结果在对季节特征的描述方面与地基测量有相当好的一致性;较好的一致性还表现在与过去从HRDI/UARS数据中得到的月平均纬向风. 这些说明卫星探测结果有相当好的代表性. 与国际标准大气CIRA-86月平均纬向风开展比较的结果显示,从100 km高度开始这两种卫星数据分析结果都与CIRA-86结果表现出严重偏离,例如在赤道和低纬度地区某些高度,CIRA-86纬向风在全年的大部分时段中表现出与卫星数据分析结果风向不一致. 分析结果还显示WINDII纬向风和HRDI纬向风分析结果之间表现出一个幅度约20 m·s^-1的系统偏差,考虑到本文分析过程中采用了通过归并36天测量数据来消除周日变化影响的方案,同时参考其他研究工作中对MLT纬向风周日潮幅度的描述,两种卫星数据分析结果之间的系统偏差可能部分来自大气潮汐的影响.     

南北地震带潮汐触发地震的统计学证据

自19世纪90年代以来,潮汐是否会触发地震这个问题一直备受关注.本研究选用1970年1月1日至2017年5月31日期间南北地震带(20°N—40°N,97°E—105°E)M_L≥2.0地震目录资料,通过测量南北地震带地区地震事件与潮汐的相关性来研究潮汐是否能触发地震.选用完备性检测、G-C法、R/S分析方法对原始地震目录进行预处理,分别构成未去除余震和去除余震每日地震数量时间序列,利用经验模态分解和快速傅里叶方法,对比分析了潮汐与每日地震数量构成的时间序列频谱特征.结果表明,在本文研究区域,两种每日地震数量时间序列均与潮汐的月潮周期、半月潮周期存在相关性,并且去除余震后的每日地震时间序列的优势频率更加集中,表现的相关性更好.此外,Schuster’s测试结果也进一步证明,研究区域地震活动性与固体潮汐存在显著统计相关性.     

2009年1月强爆发性增温期间突发E(Es)层的响应

平流层爆发性增温(SSW)期间,低层大气温度场和风场等的剧烈变化会直接影响潮汐和风剪切作用.此举可能会导致电离层Es的相应变化.本文以2009年1月事件为例,分析了SSW期间Es层的响应.首先,在排除太阳活动和地磁活动对Es层影响的前提下,分析了昆明站附近MLT区域行星波和潮汐波的波动特性,发现此期间存在显著的2日行星波,并伴有日潮汐减弱和半日潮汐增强等波动现象;随后,分析相应时间段内Es层的变化特性发现,重庆和昆明站附近Es层强度明显减弱,且其高度显著抬升.这一现象与低层大气的波动变化具有同步性.最后,通过模拟经典风剪切理论下Es层金属离子的汇聚过程和运动轨迹,再现了SSW期间Es层与低层大气波动的耦合演化过程.该分析结果为研究低层-中层-高层大气的耦合过程提供了一种新的思路.     

渤、黄、东海垂向位移负荷潮和自吸-负荷潮

采用Green函数方法,高分辨率中国近海区域海潮模型和TOPO7.0全球海洋潮汐模型,以及Gutenberg-BullenA地球模型计算了负荷潮.结果表明,渤、黄、东海M2垂向位移负荷潮振幅最大值出现在浙江外海约150km处,其值超过28mm;次大值位于仁川湾,超过20mm;第三大值位于北黄海东北部,超过14mm.S2垂向位移负荷潮在上述三处的振幅值分别超过10,8和4mm.K1和O1垂向位移负荷潮振幅在琉球群岛中北部附近为最大,分别超过13和10mm:向内海逐渐减小.半日分潮垂向位移负荷潮基本上与海洋潮汐对应分潮具有相反的位相.在东海大部和南黄海东部全日分潮垂向位移负荷潮与对应的海潮分潮基本上具有反位相的关系,而在渤、黄海其余海域基本上不具有反位相关系.在研究海区内,全日潮的垂向位移负荷潮不出现无潮点.自吸-负荷平衡潮分布特征与垂向位移负荷潮相近,其振幅大约是垂向位移负荷潮的1.2~1.7倍,其位相与垂向位移负荷潮基本上相反.M2最大振幅值也出现在浙江外海,超过42mm.     

利用GCITEM-IGGCAS模拟DE2潮汐Hough波模对电离层的影响

本文利用GCITEM-IGGCAS模式,从电动力学耦合作用和直接上传两种作用方式,详细模拟研究了DE2潮汐4种Hough波模分量对电离层的影响.我们将不同种类的Hough波模分别输入到模式当中作为底层边界条件,驱动模式模拟得到电离层的电子密度变化,从中分离两种作用机制的响应进行分析.模拟结果发现电离层对DE2的4种Hough波模的响应都表现为半年变化,波峰出现在春季和秋季,波谷则出现在冬季和夏季.一天的变化特性上,赤道对称波模的响应出现明显的4个峰值和谷值,其他3种波模响应主要表现为一个峰值和谷值.4种波模当中赤道对称波模对电离层的作用最为明显,占据主导地位,对电离层的影响表现为波动效应,其中3波分量的响应最强,主要由电动力学作用控制.其他3种波模对电离层则是削弱作用.本研究可以帮助我们更深刻的理解非迁移潮汐对电离层的作用方式和效果.