对流层与低平流层大气行星波的观测研究

利用无线电探空仪观测数据和GPS/COSMIC掩星的温度数据，研究行星波在对流层与低平流层大气中的特性，以及行星波与背景大气之间的相互作用。研究内容包括：1）给出不同纬度行星波的频谱特征，统计分析不同频率行星波的垂直分布和季节变化；2）通过个例研究，细致描述行星波的周期、垂直结构以及水平传播特性；3）获取不同波模行星波在全球不同纬度水平方向的传播特性，以及行星波沿经圈的运动情况； 4） 利用折射指数解释背景大气对行星波的影响；5） 通过分析温度和风场的变化，研究行星波对大气的影响。并为下一步研究类地行星中的大气行星波做准备。

行星波是一种非常重要的大气波动，它通常产生于对流层，在特定条件下可以向上传播到达平流层，甚至是中间层和低热层。在行星波向上传播的过程中，会与背景大气发生相互作用，影响背景的温度和风场，例如在高纬地区，行星波会引起极区温度突然增加，在低纬地区，行星波会影响平流层内的纬向风，引起纬向风的准两年周期振荡，而中纬地区一直被认为是高纬和低纬地区行星波的重要输运源，因此研究低层大气不同纬度行星波的特性具有重要意义。本项目利用无线电探空仪观测数据和GPS/COSMIC掩星的温度数据，研究了行星波在对流层与低平流层大气中的特性，以及行星波与背景大气之间的相互作用。研究发现，不同纬度的行星波都主要分布在两个区域——对流层和平流层。对流层区域行星波季节特征不十分显著，谱成份也较为丰富，且振幅最强的高度随纬度增加而减小。由于对流层是行星波的源区，对流层区域的这种特征说明对流层区域有丰富的行星波激发源，且激发源没有明显的季节变化。温度、纬向风和经向风三个分量中，温度振幅随纬度增加而减小，而风场振幅在中纬最大，高纬次之，低纬最小。平流层区域行星波在中、高纬地区主要出现在冬季，且振幅随着高度的升高而增加，而在低纬地区主要与QBO的东向相位密切相关。行星波以低频成份为主，说明低频行星波才更容易在特定条件下穿过对流层顶到达平流层。温度、纬向风和经向风三个分量中，温度和经向风振幅随纬度增加而减小，而纬向风振幅在中纬最大，高纬次之，低纬最小。背景大气的温度和风场会对行星波产生影响。通过计算折射指数可以发现，逆温和对流层顶的温度结构会形成反射层，使得行星波被阻碍在对流层区域内，且容易形成驻波。行星波的频率越低，反射层越稀薄，因此低频行星波更容易在特定条件下穿过对流层顶到达平流层区域。而对于风场，在纬向风为强东向风的区域，行星波的振幅很大，如：高纬的极夜急流、中纬的副热带急流和低纬的QBO东向相位，说明强的东向风不是阻碍了而是加强了行星波的传播。行星波对背景大气也有影响。通过分析对流层顶的温度可以发现，对流层顶的温度存在行星波尺度的周期性变化，而这种变化与行星波关系十分密切。