基于全天空气辉成像仪观测的中层顶区域小尺度大气波动研究

Small-scale atmospheric waves (ripples) (horizontal wavelengths <10km) generated in the mesopause region have often been seen in the OH airglow images. This structure is an important sign of atmospheric instability. Convective instabilities and dynamical instabilities are the main form of instabilities that occur in the mesopause region and provide an important mechanism to explain gravity wave breaking and dissipation. All-sky airglow imager offers a unique perspective to study the generation and evolution of the small-scale atmospheric waves. The OH airglow images data for this project are mainly from Meridian Project-Xinglong and Hainan station. The wind data are from meteor radar and the temperature data are from TIMED/SABER measurements. Numerical simulation method is used to study the instability characteristic of the small-scale atmospheric waves. In particular, we will study the occurrence frequency, seasonal variations, local time and latitudinal distribution of the small-scale atmospheric waves and how they affect the atmospheric temperature, wind and components. With numerical simulation, we will make an intensive investigation of the generation, evolution and extinction processes of the small-scale atmospheric waves.

小尺度大气波动(ripples) (水平波长<10 km)是发生在中层顶区域一种常见的结构，它是大气不稳定的一种重要标志。对流不稳定和动力不稳定是发生在该区域主要的不稳定过程，是重力波破碎和耗散的重要机理。全天空气辉成像仪为我们研究这种小尺度波动的产生和演化过程提供了一种独特的视角。本项目主要利用子午工程河北兴隆(40.4ºN, 117.6ºE)台站和海南富克(19.5ºN, 109.1ºE)台站OH气辉图像数据、流星雷达观测的风场数据以及TIMED/SABER观测的温度数据，并且借助于数值模拟的方法来研究中层顶区域小尺度大气波动特性和机制。尤其要研究小尺度大气波动发生的频率、季节变化、地方时分布特性；将重点研究小尺度大气波动对大气温度、风场以及成分产生的影响，结合数值模拟将深入研究小尺度大气波动的产生、演化和消亡过程。

利用曲靖台站三年（2012-2014）和喀山台站一年（2015-2016）OH气辉数据，分别用来研究青藏高原附近和欧亚山区重力波特性，曲靖台站研究结果如下：绝大多数重力波以导管和耗散形式传播，重力波传播方向在冬季主要向东南方向传播，此传播方向明显不同于北半球中纬度的其它台站观测结果，这说明青藏高原的地形强烈影响着重力波的传播方向。利用射线追踪理论，发现春季和冬季的重力波主要由风剪切产生，而在夏季和秋季，对流系统是重力波的重要产生源。喀山台站研究结果如下：总共发现了125个重力波事件和28个ripple事件。重力波传播方向主要向东北方向传播，此传播特性明显不同于其它纬度台站。观测相速度小的重力波事件较少这是由风场滤波效应导致的。重力波波源在春季，夏季和秋季主要由对流系统控制，而在冬季激流可能是激发重力波的重要来源。除此之外，不稳定性结构的发生频率远小于其它观测台站。本项工作将为青藏高原区域和欧亚山区的大气环流模型的参数化方案提供重要的信息。