中高层大气潮汐与重力波的非线性相互作用

完善和发展已经建立的三维全球和二维局地的中高层大气全非线性动力学数值模式，引入合适的大气潮汐背景、单色和宽谱的重力波扰动，引入合适的涡旋扩散系数和热传导系数；利用全球和局地两种数值模式对中高层大气潮汐与重力波的非线性相互作用进行细致全面的研究。在三维全球模式下，重点研究宽谱重力波扰动与大气潮汐的相互作用，揭示该作用对大气潮汐振幅和相位以及对中高层大气动力学和热力学结构的影响。在二维局地模式下，重点研究单色重力波与大气潮汐的相互作用，揭示该作用对重力波参数及重力波不稳定性发展的影响，该作用下重力波动量通量的变化。尝试利用两种模式的数值研究结果解释中高层大气潮汐与重力波的非线性相互作用与中间层逆温的关系。在全天观测的激光雷达数据中寻找大气潮汐与重力波发生相互作用的证据，将数值研究结果与观测结果进行定量比较，探索观测现象背后的物理机制，增进人们对中高层大气动力学过程和暂态结构的认识。

完善和发展已经建立的三维全球和二维局地的中高层大气全非线性动力学数值模式，引入合适的大气潮汐背景、单色和宽谱的重力波扰动，引入合适的涡旋扩散系数和热传导系数；利用全球和局地两种数值模式对中高层大气潮汐与重力波的非线性相互作用进行细致全面的研究。在三维全球模式下，重点研究宽谱重力波扰动与大气潮汐的相互作用，揭示该作用对大气潮汐振幅和相位以及对中高层大气动力学和热力学结构的影响。在二维局地模式下，重点研究单色重力波与大气潮汐的相互作用，揭示该作用对重力波参数及重力波不稳定性发展的影响。二维模拟研究发现，当重力波包在时变潮汐场中传播时，其频率，而不仅仅是其本征频率会发生显著变化。潮汐水平风加速度是重力波频率变化的主要原因，正的加速度会引起频率增加，而负的加速度会引起频率减小。在临界层附近的潮汐风加速度总是引起重力波频率增加，这能够部分地解释为什么在中高层大气中观测到的重力波要比在低层大气中观测到的频率更高。当重力波包在时变潮汐场中传播时，其频率的升高以及由时变潮汐风场所导致的临界层的暂态性都为重力波穿透预期的临界层创造了有力条件。因此，重力波会对更高高度上的背景大气产生影响，这意味着重力波/潮汐相互作用的动力学效应比我们预想的更为复杂。此外，我们还在Arecibo非相干散射雷达的观测数据中，找到了大气潮汐与重力波发生相互作用的证据。观测分析发现：热层周日潮汐和重力波之间经常会发生强相互作用 (相互作用的波振幅之间同时存在强的正相关和负相关)。这种强相互作用可以持续几天，并且和与差相互作用总是同时发生，波动间的能量交换有时是可逆的。以上模式研究与观测分析为我们辨明大气潮汐/重力波非线性相互作用的物理机制做出了贡献，能够增进人们对中高层大气动力学过程和暂态结构的认识。