中间层逆温的综合实验观测与数值模拟研究

In this project, the primary scenarios of mesospheric inversion layers are going to be investigated by analyzing the data from SABER/TIMED and ground-based lidars. Based on these observations and numerical simulations, we hope to quantitatively estimate the contributions of kinds of atmospheric waves to the temperature enhancement in mesospheric inversions, and then reveal the main origins of mesospheric inversions. Furthermore, by analyzing the data from radiosonde, lidars and COSMIC RO, the lower atmospheric temperature and its variation during the mesospheric inversion are going to be studied to reveal the link and coupling between the lower atmosphere and mesosphere. The proceeding of this project will be helpful for our comprehensive understanding of the atmospheric thermal structure and its variability, and the energy coupling among different atmospheric layers.

本项目中我们将通过分析SABER/TIMED卫星观测资料和地基激光雷达观测数据研究中间层逆温的基本特征，并结合数值模拟方法定量评估各种大气波动对逆温温度增强的贡献，探寻中间层逆温的关键形成机制。在此基础上，结合无线电探空仪、激光雷达和COSMIC掩星给出的低层大气温度资料，研究中间层逆温发生时低层大气热结构变化，辨明大气不同层区结构与扰动的关联，探寻低层大气与中间层大气的耦合机制。本项目的研究将增进人们对大气热结构与变化、以及大气不同层区之间能量耦合过程的认知。

本项目中我们通过分析无线电探空仪，SABER/TIMED卫星观测资料和地基观测数据，并结合数值模拟方法研究大气层逆温的基本特征，探寻逆温的关键形成机制，定量评估各种大气波动对逆温温度增强的贡献。在此基础上，辨明大气不同层区结构与扰动的关联，探寻低层大气与中间层大气的耦合机制。我们的研究证实了在中纬地区惯性重力波对逆温的重要贡献，说明重力波也是形成逆温的关键机制之一。定量分析了重力波和逆温之间的相互作用过程及其效应，说明这种相互作用对中高层大气的影响。此外，还分析了极区SSW期间，重力波活动与平流层顶热结构变化的关联。突破传统方法限制，将我们此前提出的宽谱方法成功推广到中高频重力波研究，利用探空数据揭示了北半球中高频重力波的纬度、季节和高度变化。这对于在中高层数值模式中建立完整的重力波参数化模式提供了更为完整的观测依据。同时利用这一宽谱方法，发现了重力波活动的QBO和准11年的振荡会相互耦合产生周期为35.2月重力波振荡。利用卫星和地基观测资料研究了大尺度波动对中高层大气耦合过程的贡献。这些研究丰富了我们对大气能谱结构形成机制的认识。利用中纬地区探空观测资料，首次对垂直风场的波数谱进行了统计分析，揭示出垂直风场具有与水平风场完全不同的普适的谱特性，这对于我们真正揭示大气能谱形成机制有重要意义。