深对流激发的重力波在对流层、平流层和中间层的传播特性研究

来源 :中国科学院大学(中国科学院国家空间科学中心) | 被引量 : 0次 | 上传用户:Maygzs
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大气重力波在全球或区域的气象学、气候学、化学以及中高层大气与低层大气动力学和模型参数化方案中起到非常关键的作用。为了分析飓风这类强对流激发的平流层和中间层重力波的传播特征,研究了重力波向上传播过程中背景风场的调控作用。首先重点综述了近年来利用多传感器卫星资料和数值模式研究大气重力波的相关研究进展,并简要概述了重力波的基本理论。总体上,卫星数据在中高层大气研究中发挥重要作用,与其他资料相结合分析不同波源激发的波动尺度,波动在气候过程中的作用,波与波之间的相互作用以及波流相互作用,波在对流层与整个中高层大气之间产生显著的动力耦合机制等。(1)利用Aqua卫星搭载的高光谱大气红外探测器AIRS探测数据和Suomi NPP卫星搭载的扫描光学传感器VIIRS/DNB探测数据,对2014年1月初在马达加斯加北部发生的飓风Bejisa诱发的同心圆重力波特征进行分析。AIRS数据显示在1月1日21:08 UTC时和1月2日10:00 UTC时重力波的水平波长为190/150 km,传播方向为东南方向,而VIIRS/DNB在22:24 UTC时刻在同一地理区域观测到水平波长为60/150 km,主要的传播方向是东南和东北方向。此外平流层和中间层的波动中心与飓风中心的位置近似,由同一激发源激发。(2)背景风场对重力波传播特性具有一定的影响。通过重力波的色散关系和多普勒频移理论。从ERA5再分析资料和HWM模型数据中推导出平流层(~40 km)和中层层(~87 km)中同心圆重力波的参数特征,如垂直波长,固有频率和固有水平相速度。利用背景风绘制了阻塞图,显示了在平流层和中间层高度上阻滞的波传播方向和明显的相速度。然后将阻塞图与AIRS和VIIRS/DNB观测结果进行比较,更好的解释临界层理论。(3)对流层顶在飓风Bejisa发生发展过程中对重力波传播具有一定的影响。利用ERA5数据分析对流层顶的高度在8~13km之间波动。通过浮力频率研究对流层逆温层对波传播的影响,结果表明,2014年1月1日-6日期间对流层逆温层较弱,对应流体静力学反射系数较小,大部分重力波向上传播,证明对流过程中低层大气与中高层大气之间存在垂直耦合。
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