中高层大气重力波传播与耗散的实验观测研究

Accurate description of gravity wave dissipation process in the middle and upper atmosphere is very important for the improvement of gravity parameterization in global circulatiion models. Due to limitations in observational methods and data avaiability, observational studies of gravity wave dissipation are still lacking. In this project, we will use comprehensive observational datasets from four observatories in Wuhan University, North and South America to investigate the gravity propagation and dissipation process. The high spatial and temporal resolutions of these datasets and their diverse geographical locations provide excellent datasets for such study. We will analyze the observed gravity wave properties and their relationships with the background wind and temperature, to investigate gravity wave propagation and dissipation processes, the relationship of these processes with the atmospheric stability, and the gravity wave forcing to the background atmosphere. This investigation will further our understanding of the gravity wave dissipation process in the middle and upper atmosphere, and provides a foundation for the improvement of gravity wave parameterization.

准确了解中高层大气重力波的传播和耗散过程，是改进全球大气模式重力波参数化一个重要内容。目前，由于观测手段和数据的限制，对重力波的耗散过程，还缺乏足够的实验观测研究。我们将利用武汉大学野外观测站和美国，智利等共四个站点的多种探测设备的数据，开展重力波的传播和耗散的研究。这些不同地理位置的观测数据，具有优良的时空分辨率，为重力波研究提供了理想的数据支持。通过研究重力波的耗散与背景大气的风场和温度场的关系，揭示不同背景大气下重力波的传播特征和耗散机制，重力波耗散与大气稳定性的关系,以及耗散过程对背景大气的强迫作用。这项研究可以加深我们对中高层大气中重力波的动力学过程的理解，为精确参数化重力波效应提供基础。

本项目的目的是利用激光雷达等观测数据，对中层顶重力波的作用进行深入的研究。在该项目执行过程中，项目负责人和黄开明老师合作，对重力波在中层顶的耗散，传播，其对热量和物质的垂直输送，及其在潮汐和行星波的相互作用中的作用进行了详细的研究。研究结果包括发现了潮汐和行星波的强非线性相互作用，重力波和潮汐的相互作用及季节变化，重力波热输送对中层顶温度的影响，重力波对物质的输送，和重力波在复杂环境中的传播过程。这些结果揭示了多种波波相互作用和重力波在中层顶的作用，使我们对中层顶大气的动力学过程有了更深刻的了解。此项目还进一步展示了现代钠激光雷达在湍流尺度的观察能力，并第一次用激光雷达测量了湍流的热输送效应和推导出了湍流扩散系数。本研究项目同时培养了两位博士研究生，各自发表了多篇论文。