Arecibo上空中间层与低热层钾层、钠层和背景温度的激光雷达观测数据研究

The common-volume lidar observations of K, Na density and temperature in the mesosphere and lower thermosphere at Arecibo Observatory (18.35 N, 66.75 W) Puerto Rico provide the data set for the study of metal layers. The temporal and spatial variations of K and Na perturbations will be studied statistically by comparing the behaviors of the simultaneously observed K and Na densities. The correlations among K/Na layers and temperatures will be calculated to learn the relationship between the temperature and K/Na density fluctuations. Theoretical models about the metal layer responses to the wave-induced perturbations will be adopted to help to explain the observations and investigate the impact of dynamical effects on the short-term density variations of the metal layers over a night. The results are invaluable for understanding the wave-induced vertical transport of K and Na and validating metal chemistry models. All the data of K and Na density will be studied statistically to character the seasonal variations of both layers. The data subset of K Doppler lidar observations will be used to investigate the relationship between temperature and K density perturbations. The results will help to further understanding the impact of temperature on the structure and variations of K layer.

利用Arecibo观测站（18.35 N, 66.75 W）上空的钾层和钠层数密度以及钾层背景温度的激光雷达观测数据，通过统计分析同步观测的钾层和钠层的多种特征参量的时空变化，对比研究钾层和钠层扰动的同步时变特征和空间分布状况。通过研究温度-钾层/钠层数密度扰动相关性，对比分析温度对钾层和钠层空间分布的影响。结合动力学模型，分析钾层和钠层密度短时变化中的动力学效应。通过对长期观测数据的统计分析，对比研究本区域钾层和钠层的季节变化特征.我们还将通过细致分析钾层和温度的同步观测数据，探索大气温度结构和扰动对金属层数密度时变特征和空间分布的深刻影响。

位于地球表面80-105km附近的中间层顶金属层可以通过共振荧光激光雷达观测。根据同种原子不同能级数密度分布对温度的依赖性继而可以反演背景大气温度。金属层的结构及其时变特征是流星注入，光化学及大气动力学过程共同作用的结果，因此通过激光雷达的观测数据，我们可以进行金属层原子层结构与扰动，中间层顶气候特征和动力学过程与效应。本项目中，我们利用Arecibo观测站（18.35°N, 66.75°W）上空的钾层和钠层数密度以及背景温度的激光雷达共体积观测数据，1）首次对同步观测的钾层、钠层和背景温度短时变化特征进行了对比分析，建立了动力学模型，分析了动力学过程对金属层短时变化的影响。结果表明，动力学效应可以很好地解释观测到的钾层和钠层密度分布短时变化异同现象。2）分析了钾原子层的结构和季节变化特征，结合温度扰动均方的季节变化，发现了金属层季节变化特征是动力学扰动强度季节变化的调制结果。3）首次对热带地区中间层顶区域大气重力波活动强度的季节变化特征进行了统计分析，结果显示重力波位能密度与纬向风的季节变化特征有实质的关联。这些研究一方面热带地区中间层顶区域重力波活动的季节特征，为大气模式中对重力波参数化提供了明确的指导，另一方面，明确了动力学效应对金属层的影响。.在本项目的资助下，我们还开展了高频地波雷达对海洋动力学参数的探测研究。基于雷达一阶Bragg回波准确反演出海面风向扩展因子，进而得到准确的风速结果，而此前国际上地波雷达均无法反演风速。