中高层大气潮汐与行星波非线性相互作用的数值研究和观测分析

利用我们已经建立的三维球坐标系下可压大气的全非线性动力学数值模式，展示潮汐和行星波在中高层大气中的全球非线性相互作用过程，定量评估该作用下潮汐波、行星波、背景大气和环流的变化。利用无线电探空观测资料和卫星观测资料，提取中高层大气潮汐波和行星波特征参数，寻找两者相互作用的观测证据并揭示其纬度分布和季节变化特征。尝试用数值模拟结果来解释观测现象，揭示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的认识。将数据资料分析结果和模拟结果进行综合与比较，定量评估潮汐和行星波非线性相互作用对中高层大气动力学和热力学结构的影响。选择合适的观测结果作为模式部分可调参量的输入，从而建立更接近于实际观测的潮汐/行星波模式。

在对流层和低平流层大气中，行星波往往具有比潮汐和重力波更大的振幅，并且对重力波和潮汐波起到不可忽视的调制作用。在特定的条件下，行星波能够从对流层和平流层向上传播到中间层和电离层区域，并在那里与潮汐发生强烈的非线性相互作用，成为近年来中高层大气动力学研究的热点问题。本项目利用我们已经建立的三维球坐标系下可压大气的全非线性动力学数值模式，展示了潮汐和行星波在中高层大气中的非线性相互作用过程，定量评估了该作用下潮汐波、行星波、背景大气和环流的变化；利用多种地基无线电雷达（武汉大学VHF雷达、Maui岛流星雷达和Arecibo站非相干散射雷达）观测资料，证实了潮汐/行星波相互作用在从对流层到热层的高度都存在，对中高层大气动力学和热力学结构产生了重要影响。在对流层和低平流层高度，周日潮汐/行星波的相互作用导致了周日潮汐的显著短期变化；在中间层和低热层高度，周日和半日潮汐各自与行星波的相互作用都能够持续长达几天的时间；在热层高度，潮汐波振荡会被行星波活动所强烈调制。我们还利用TIMED/SABER卫星观测资料，提取了中高层大气潮汐波和行星波特征参数，从中寻找两者相互作用的观测证据并展示其纬度分布和季节变化特征。在项目执行过程中，我们建立了更接近于实际观测的潮汐/行星波模式，并尝试用数值模拟结果来解释观测现象，揭示观测现象背后的物理机制，增进了人们对中高层大气动力学过程的认识。