基于瑞利多普勒测风激光雷达的中层大气重力波观测研究

Gravity wave play an importane role in the atmospheric dynamics,thermodynamics and atmpspheric circulation structure.wind field measurement would address one of the key unmet observational requirements for understanding and predicting the future state of the earth-atmosphere system.There is an important connection between the gravity wave and wind. There are variety of research methods and means of observation of gravity waves. Domestic mainly to extract gravity wave characteristics using the radiosonde data.The uncertainties of extracting gravity wave information appear Because of the defects of the radiosonde itself.First,the separation into a background flow and a perturbation,since there is unavoidably some arbitrariness in the choice of the polynomial fit used for the purpose;second,the geographical variation of the wave packet can be find in that the radiosonde takes time to ascend and drifts horizontally as it ascent.the process make the uncertainty.Third,the uncertainties emerge because of the presence of mutiple waves.This project is focusing on the following two sections.First,using multiple wind lidars observe the middle atmospheric wind field At the same time is proposed and get wined field data of different points with The same region.Second,the hodograph method is commonly used to retrieve inetio-gravity wave characteristics from individual vertical profiles of the winds.So that it can reduce error brought by using radiosonde data to retrieve gravity wave characteristics.

重力波对整个大气层动力学、热力学以及环流结构有着重要的作用。大气风场数据是深入研究大气动力学、全球大气活动和空间环境预警的最主要参数之一。重力波和大气风场之间存在着重要联系。 重力波的研究方法和观测手段有多种，国内主要集中在利用探空气球数据来提取重力波特性。探空气球因其探测方式本身的缺陷使得提取的重力波信息有误差。主要表现在：第一、分解背景分量和一阶微扰量过程中，采用多项式拟合背景分量时选取的阶数不同造成误差;第二、探空气球在上升的探测过程中有水平飘移，造成探测的波包地理位置的变化而引起误差;第三、测量数据中受到多个重力波包的影响。本项目聚焦以下两个方面：首先，提出利用多台测风激光雷达同时进行中层大气风场观测，获取同区域不同点的风场数据。其次，采用速端曲线法提取垂直风廓线中隐含的重力波信息。从而减小了探空气球数据产生的重力波反演误差。

中高层大气是一个重要复杂的区域，许多重要的地球物理现象发生在这一区域，如准零风层、重力波、潮汐波等。了解这一区域的大气风场分布对研究大气环流、改善气候模型有重要意义。重力波对整个中高层大气动力学、热力学以及环流结构有着重要的作用。在过去的几十年里，激光雷达对温度和密度的探测，时常被用于中高层大气重力波的研究中；如果要对内重力波的特征进行更详尽的研究，风场波动数据必不可少。. 本项目利用自行参与研制的多台车载测风激光雷达进行中高层大气风场的长期观测。根据实际观测中出现的问题，不断改进车载测风激光雷达设备，提升性能。为了提高系统频率锁定的精度和稳定性，给出了在法布里-珀罗标准具的前置光学里引入积分球的技术解决方案；利用高精密温控装置解决了由激光器和法布里-珀罗标准具引起的系统频谱漂移问题。2013年至2015年车载测风激光雷达分别在甘肃德令哈、江西忻州、甘肃酒泉进行了长期试验，大气风场基本呈现20km以下以西风为主，20km以上有向东偏转的趋势。通过对两套激光雷达观测数据的分析，采用风场数据进行了重力波的分析和个例研究，得到径向和纬向风重力波周期分别为7.8小时和8.2小时，垂直波长分别为13.8km和14.6km。同时也利用速矢端线法分析了大气波动特性。. 本项目研究成果可以为改进中高层气候模型提供参考。项目研究期间发表SCI和EI收录文章8篇，申请发明专利8项，获得授权3项，5项进入实质性审查，获得中国人民解放军科技进步一等奖一项。培养研究生3名。