平流层突然增温对中高纬地区中间层顶大气重力波传播的影响

As one of the fundamental atmospheric waves, gravity wave (GW) influences on the variation of atmospheric circle through deposition of its momentum and energy into the mean flow. GW also plays an important role in the dynamical coupling process of the global atmosphere and becomes a hot topic now. Our latest study suggests that the anomalous propagation direction of GW in January 2006, with strong southward before stratospheric major warming starting on January 21 and weak southward propagation afterwards, was most likely affected by the stratospheric sudden warming (SSW). Nevertheless, the detailed mechanism is still unknown and needs to be further studied and characterized. Base on this, we plan to further analyze the influences of other SSW events on GW's propagation, and attempt to clarify and characterize this detailed process and mechanism and further reveal the dynamical coupling process between difference atmospheric layers through this project.

作为大气中的常见的基本波动之一，重力波通过与背景大气之间的相互作用将其携带的动量和能量注入到背景大气中，从而对大气环流造成影响。大气重力波在全球大气的动力学耦合过程中起着十分重要的作用，已经成为现在的热门课题。我们最近的研究发现北部Colorado地区2006 年1月中间层顶大气重力波在平流层增温事件发生之前具有很强的向南传播特性，随后便快速减弱。这个现象可能是与平流层突然增温有着直接关系。但其产生的过程和机制却并不清楚，需要进一步的分析。本项目拟在此基础上，对其它平流层增温事件发生前后中间层顶大气重力波的传播特性做进一步的分析，以增强我们的认识。对OH气辉图像数据、TIMED卫星数据和相关模式做进一步的分析，试图阐明平流层增温事件对重力波传播的影响和作用机制，从而进一步揭示不同大气层之间的动力学耦合过程。

中高层大气是衔接低层大气与高层大气的枢纽，也是日地之间能量传递的桥梁。研究中高层大气对低层大气现象的响应，是十分重要的。本项目主要研究了以下两个方面：一、通过观测到中高层大气的重力波现象，通过射线追踪方法试图找到其在对流层中的源头。.利用子午工程兴隆站(40.2 °N, 117.4 °E)气辉成像仪、延庆站 (40.4 °N, 116.0 °E) 激光雷达数据以及十三陵(40.3 °N, 116.2 °E)的流星雷达数据，同时在OH气辉层和钠层观测到了周期约两小时的中尺度重力波。结合流星雷达、SABER的探测资料，给出了该重力波的垂直波长，固有周期，动量通量和能量通量等参数。利用射线追踪方法结合大气模式数据，估算出该重力波波源位于贝加尔湖中部附近对流层上部，并认为，该重力波是由该区域的一个急流锋面系统产生。该研究系统地展示了重力波从低层大气产生并传播至中高层大气的全过程。该研究发展了一套基于多探测手段对研究中尺度重力波参数并揭示其从低层大气产生传播至中高层大气的全过程的方法。.二、通过分析对流层中的强对流大气雷暴，研究了位于中间层顶金属钠层对其响应。.利用全球闪电定位数据和海口钠激光雷达(20.0°N, 110.3°E)2010年到2013年观测数据进行统计研究。首次发现看到闪电发生零时刻之后18小时左右，100km范围内金属钠层的钠原子密度出现增加，无论在中值还是平均的统计结果中都有着明显的钠层增强现象。该研究结果揭示了低层大气通过强雷暴活动和中高层大气中的金属原子成分耦合的新现象，表明雷暴活动可能通过激发重力波向上传输能量以及闪电的强电磁效应对中间层金属钠层产生影响。这一现象很难用雷暴激发的重力波或闪电引起的大气电动力学过程解释，其中的物理机制值得进一步探索和研究。