利用GNSS无线电掩星观测估计青藏高原大气重力波和对流层顶变化的研究

来源 :中国科学院云南天文台(云南) 中国科学院国家天文台云南天文台 中国科学院国家天文台 | 被引量 : 0次 | 上传用户:honeysword
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大气重力波在大气循环中扮演着重要的角色,对中高层大气能量和动量传输具有重要作用。由于青藏高原地区特殊的地理环境和缺少实测观测资料,因此无法准确地估计和了解青藏高原地区重力波活动及其属性。如今GPS掩星观测提供了全球覆盖的高分辨率观测,为研究青藏高原地区大气重力波和对流层顶变化提供了直接的观测数据。本论文利用2006年6月至2014年2月的COSMIC GPS掩星观测数据估计和研究了青藏高原地区对流层顶变化和重力波活动及其性质。获得了以下主要研究成果:  1.利用2006年6月至2014年2月COSMIC GPS掩星数据获取了青藏高原地区对流层顶冷点(Cold Point Tropopause,CPT)温度和高度变化的特性,并与大气红外探测仪(AIRS/NASA)估计的对流层顶递减率(Lapse Rate Tropopause,LRT)一致。重力波影响对流层CPT温度和高度的变化,重力波势能从1.83 J/Kg(夏季)变化到3.4 J/Kg(冬季),全年的重力波势能平均值为2.5 J/Kg。其势能长期趋势为+0.33 J/Decade。势能的长期增强趋势导致对流层顶温度升高。青藏高原夏季CPT温度为-76.5℃,冬季CPT温度为-69℃,CPT温度的长期变化率为+0.32℃/decade。同时CPT与LRT高度也同样表现增加的趋势。  2.由于冬季对流层顶弱,水汽含量会增加。平流层水汽含量的变化与重力波势能的变化相关。更高的冷点温度导致冷点之上(10hPa)的水汽含量增加。水汽含量、CPT温度与重力波势能(Ep)在冷点之上存在很强的相关性,水汽含量会随着重力波势能的增加而增加。平流层水汽含量影响地表温度,导致青藏地区地表温度增加。重力波和水汽含量的变化会导致温室效应,因此会影响着青藏高原,甚至全球的气候变化。  3.重力波垂直波长较短,主要的波长集中在3-5km(西北地区)和2-3km(东南地区)。在青藏高原西北地区产生的重力波波长比从东南方向产的重力波更具多样性。这些重力波的热点区域需要后续进一步研究机理。另外,夏季西北地区是重力波产生的主要区域,冬季重力波产生的区域是整个青藏高原。区域性的明显重力波与深对流有关,且OLR与重力波势能成反比关系。  4.17-24 km的重力波势能与风吹过高山产生的山岳波有关,且重力波势能与纬向风流动存在强相关性,因此重力波的传播方向与风向一致。此外,青藏高原重力波活动分布与纬向风变化和地形有很强的联系,因此,青藏高原重力波的产生与该区域的地形密切相关。  5.由风流动产生的山岳波与风速和风向有关,且垂直波波长与水平波波长非常相关。当风速在45m/s时,17-24 km高度的垂直波与水平波波长之比是1∶100,30-40 km高度的波长之比是1∶25。低层大气重力波的垂直波长比高层大气的重力波垂直波长短,且随着高度的增加而逐渐增加。并进一步利用AIRS辐射数据,更容易观察到高层大气的重力波扰动现象,因为高层大气的重力波振幅比低层大气的重力波振幅要大。青藏高原西部更活跃,相比于其它地方产生更多的重力波,也可从青藏高原增大的重力波活动可看出。
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