论文部分内容阅读
夜光云（Noctilucent Clouds,NLCs）是形成于南北半球高纬度地区（50°-80°）中高层大气（83km左右）的一种波状云,有时也称之为极区中间层云（Polar Mesospheric Clouds,PMCs）。夜光云不仅有瑰丽的外观,而且极具科学研究价值,已有研究表明,它的观测亮度在近半个世纪里呈逐年增长的趋势,甚至出现在中纬度（41.7°N）地区,一些研究者认为这一趋势与自工业时代起大气中甲烷（CH4）含量的翻倍有关,也有研究者认为低层大气温室效应导致的中高层大气温度下降会增加它的亮度,因此近年来逐渐引起了人们的关注,并成为了中高层大气研究领域的一个重要分支。夜光云形成和变化的物理机制与其所处大气层的状态有着极为密切的联系,在过去有限的遥感影像观测资料中,几乎都能够观测到云中的重力波活动,但关于重力波对夜光云亮度这项综合性参数的短期和长期时空分布的作用及机理尚未完全明确。直到2007年,NASA研制的第一颗专门用于研究夜光云的AIM卫星（TheAeronomy of Ice in the Mesosphere）成功运行,其中携带了一台用于粒子实验和云成像探测器（CIPS,the cloud imaging and particle size experiment）,能够提供夜光云季中每日55°-80°纬度的云图。本文从CIPS的Level3图像数据中对重力波事件进行了提取,这也是研究重力波对夜光云观测亮度影响机理的基础。已有的文献均是使用光谱法,但这种方法会遗漏掉图像中一些波纹数较少的个例,对整体评估带来偏差。本文利用普通云形态和重力波出现时云形态的多重分形谱之间的差异来提取重力波,这种方法在对流层大气区分云形（如积雨云、卷云等）中已经得到应用,但用于夜光云中提取重力波尚未见报导。对不同的亮度阈值,建立了云块的多重分型谱模型,给出了分形维数的推导过程,利用分数维曲线的差异来区分普通云块与含有重力波活动的云块,借助IDL语言编程对CIPS中2007年至2012年所有南北半球的数据进行批量筛选,并对重力波发生频率及尺度随时空的统计分布规律进行了分析。