重力波過程中平流層對流層交換的研究
發(fā)布時間：2022-01-04 14:05
利用美國航空航天局MERRA再分析資料和MODIS衛(wèi)星資料以及歐洲氣象中心ERA-Interim再分析資料研究了發(fā)生于青藏高原北側上空的一次地形重力波事件,并使用中尺度預報模式WRF-ARW（V3.0）對其進行了數(shù)值模擬,診斷分析了此次地形重力波在上對流層下平流層（UTLS）區(qū)域造成的物質和能量垂直傳輸特征。在此基礎上,利用美國國家環(huán)境預報中心CFSR再分析資料的重力波數(shù)據(jù)和位勢渦度數(shù)據(jù),結合MLS衛(wèi)星反演的N2O、CO和HALOE衛(wèi)星反演CH4等大氣成分資料,從氣候學的角度探討了重力波對平流層對流層物質交換（STE）的影響,分析了北半球中緯度地區(qū)尤其是青藏高原地區(qū)上對流層下平流層區(qū)域重力波活動的年際、季節(jié)變化和長期趨勢及其與平流層對流層物質交換之間的相互聯(lián)系。論文最后利用大氣化學氣候模式（WACCM3）模擬試驗數(shù)據(jù)診斷了重力波通過影響B(tài)-D環(huán)流進而對STE過程產生的影響。論文研究獲得的主要結論如下：（1）利用WRF-ARW（V3.0）模式結合再分析資料和衛(wèi)星觀測資料分析了發(fā)生于青藏高原北側的一次地形重力波事件,分析結果表明：這一中尺度地形重力波信號的水平波長約為700 km,與擾動地...
【文章來源】：蘭州大學甘肅省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】：75 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
圖３．１?（ａ）２００８年５月１日０３時ＭＥＲＲＡ再分析資料ｌＯＯｈＰａ垂直速度分布（單位：Ｐａｓ－ｉ）；??（ｂ）?２００８年５月Ｉ日０４時３０分ＭＯＤＩＳ衛(wèi)星觀測的云光學厚度??１３??
?丁姥?宦圮娏??刪又釁攪韃愣粵髏窳睒塹難星桑崳?圖３．２是使用ＭＥＲＲＡ－ＩＡＵ?３ｄ日再分析數(shù)據(jù)再現(xiàn)的２００６年７月１７日１２??時發(fā)生于南極半島上空的一次重力波事件，選取高度也是１００?ｈ化。Ｎｏｄ等［＾??曾使用ＷＲＦ模式對這一平流層重為波信號進斤了模擬分析，并結合觀測實驗??’研究發(fā)現(xiàn)南極半島的道格拉斯嶺是這次地形重力波事件的觸發(fā)地形，道格拉斯??嶺和杰克遜山構成了重力波信號區(qū)域下方的巧峰地形結構，這與本文所研究重??力波信號的擾動地形的結構形態(tài)非常相似，也具有相近的水平地形尺度。將圖??３．１（ａ）中本研究發(fā)現(xiàn)的重力波信號與圖３．２中Ｎｏｄ等所研究的地形重力波進??行比對，可Ｗ發(fā)現(xiàn)二者在垂直速度的水平結構和波形分布形態(tài)上都非常相似，??這說明本研究中所使用的１．２５°Ｘ１．２５°水平分辨率的ＭＥＲＲＡ－１ＡＵ?３ｄ日再分析??資料可Ｗ很好地在ＵＴＬＳ區(qū)域捕捉到中尺度地形重力波水平波列信號。??Ｖｅｒｔ忙ａｌ?ｐｒｅｓｓｕｒｅ?ｖｅｌｏｃｉｔｙ?Ｐａ?ｓ－１??６５．Ｓ－感??ＳＳ＾Ｗ?８〇ｅＷ?巧７０？Ｗ?防叫Ｖ?６０？ｗ?５５？Ｗ?５０＊＊Ｗ??－０．１?－０．０５?－０．０１?０．０３?０．０８??圖３．２?２００６年７月１７日１２時南極半島ＭＥＲＲＡ再分析資料１００?ｈＰａ垂直速度分布（單??位：Ｆ＾ａ＇ｓ—’）??圖３．３（ａＨｃ）給出了此次重力波事件活躍時段的垂直速度在３８°Ｎ的經度－高??度剖面�？煽闯�，８５°？１０５巧這片區(qū)域上空的垂直速度在垂直方向也出現(xiàn)了??正負值中屯、交替分布的現(xiàn)象
力波信號傳至７０?Ｗａ高度附近，而在０６時１００?Ｗａ高度附近重力波波形消失，??波形消失可能的原因是重力波在上傳過程中發(fā)生了破碎，具體的波破碎高度將??在下面的研究中通過模式模擬結果加レッ判定。從圖３．３可１＾看出本次重力波的??水平波長Ａｈ約為７００?ｋｍ，與地形尺度非常接近，張靈杰等ｆｓｗ用無線電探空資??料證實２００８年５月在這一地區(qū)存在較為頻繁的重力波活動，并指出這一時段重??力波水平波長主要集中在１００￣６００ｋｍ之間。我們參考卞建春等的方法，通??過頻散關系陽２－巧Ａｈ２＝Ｗ２；Ｉｚ２估計ＭＥＲＲＡ－ＩＡＵ?３ｄ日再分析數(shù)據(jù)中重力波信??號理論水平波長＾；＾，其中固有頻率５可根據(jù)關系計算得到：??Ｓ／Ｉ／Ｉ?＝化?／義２）１／２??上式中；和；１２可Ｗ通過下式計算得出（式中上劃線表示高度平均，這里取??波形較為明顯的７００￣１００ｈＰａ）：??／Ｉ。＝?Ｕ＇２?＋?＂＇２?＋?叔?Ｕ＇２?—?Ｖ‘２）?＋?４ｕ‘Ｖ‘２??垂直波長心可根據(jù)地形重力波垂直波長理論公式Ｉｚ?＝?ＺＷＺ／ｗ估計，其中Ｗ為??浮力頻率，Ｕ為擾動地形附近的紳向風速。計算結果顯示，此次重力波的理論??垂直波長約為３?ｋｍ
【參考文獻】：
期刊論文
[1]利用ERA-Interim資料對平流層Brewer-Dobson環(huán)流變化趨勢的分析[J]. 王衛(wèi)國,楊芳園,王顥樾,楊韜,余珂,梁蜀昆,樊雯璇. 地球物理學報. 2015(02)
[2]地形重力波拖曳參數(shù)化對熱帶氣旋強度和路徑預報影響的研究[J]. 鐘水新,陳子通,戴光豐,徐道生,黃燕燕,張誠忠,蒙偉光,楊兆禮. 大氣科學. 2014(02)
[3]Dynamic and Numerical Study of Waves in the Tibetan Plateau Vortex[J]. CHEN Gong,LI Guoping. Advances in Atmospheric Sciences. 2014(01)
[4]臺風重力波的譜結構和動量通量特征分析[J]. 陳丹,陳澤宇,呂達仁. 中國科學:地球科學. 2013(05)
[5]亞洲東部冬季地面溫度變化與平流層弱極渦的關系[J]. 易明建,陳月娟,周任君,畢云,鄧淑梅. 大氣科學. 2013(03)
[6]平流層與對流層相互作用的研究進展[J]. 陸春暉,丁一匯. 氣象科技進展. 2013(02)
[7]一次暴雨過程中重力波參數(shù)演變特征的模擬結果[J]. 鄧少格,鐘中,程胡華. 地球物理學報. 2012(06)
[8]臺風“麥莎”（Matsa）誘發(fā)平流層重力波的數(shù)值模擬[J]. 陳丹,陳澤宇,呂達仁. 中國科學:地球科學. 2011(12)
[9]重力波對青藏高原東側一次暴雨過程的影響[J]. 王文,劉佳,蔡曉軍. 大氣科學學報. 2011(06)
[10]青藏高原紅原站平流層下部重力波觀測特征分析[J]. 張靈杰,林永輝. 氣象科技. 2011(06)
博士論文
[1]南半球大氣環(huán)流的季節(jié)和年際變化及其對東亞夏季風的影響[D]. 高輝.南京氣象學院 2004
碩士論文
[1]非線性重力波相互作用耦合Schr（？）dinger方程解的存在性和數(shù)值研究[D]. 朱利華.南京氣象學院 2004
本文編號：3568475
【文章來源】：蘭州大學甘肅省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】：75 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
圖３．１?（ａ）２００８年５月１日０３時ＭＥＲＲＡ再分析資料ｌＯＯｈＰａ垂直速度分布（單位：Ｐａｓ－ｉ）；??（ｂ）?２００８年５月Ｉ日０４時３０分ＭＯＤＩＳ衛(wèi)星觀測的云光學厚度??１３??
?丁姥?宦圮娏??刪又釁攪韃愣粵髏窳睒塹難星桑崳?圖３．２是使用ＭＥＲＲＡ－ＩＡＵ?３ｄ日再分析數(shù)據(jù)再現(xiàn)的２００６年７月１７日１２??時發(fā)生于南極半島上空的一次重力波事件，選取高度也是１００?ｈ化。Ｎｏｄ等［＾??曾使用ＷＲＦ模式對這一平流層重為波信號進斤了模擬分析，并結合觀測實驗??’研究發(fā)現(xiàn)南極半島的道格拉斯嶺是這次地形重力波事件的觸發(fā)地形，道格拉斯??嶺和杰克遜山構成了重力波信號區(qū)域下方的巧峰地形結構，這與本文所研究重??力波信號的擾動地形的結構形態(tài)非常相似，也具有相近的水平地形尺度。將圖??３．１（ａ）中本研究發(fā)現(xiàn)的重力波信號與圖３．２中Ｎｏｄ等所研究的地形重力波進??行比對，可Ｗ發(fā)現(xiàn)二者在垂直速度的水平結構和波形分布形態(tài)上都非常相似，??這說明本研究中所使用的１．２５°Ｘ１．２５°水平分辨率的ＭＥＲＲＡ－１ＡＵ?３ｄ日再分析??資料可Ｗ很好地在ＵＴＬＳ區(qū)域捕捉到中尺度地形重力波水平波列信號。??Ｖｅｒｔ忙ａｌ?ｐｒｅｓｓｕｒｅ?ｖｅｌｏｃｉｔｙ?Ｐａ?ｓ－１??６５．Ｓ－感??ＳＳ＾Ｗ?８〇ｅＷ?巧７０？Ｗ?防叫Ｖ?６０？ｗ?５５？Ｗ?５０＊＊Ｗ??－０．１?－０．０５?－０．０１?０．０３?０．０８??圖３．２?２００６年７月１７日１２時南極半島ＭＥＲＲＡ再分析資料１００?ｈＰａ垂直速度分布（單??位：Ｆ＾ａ＇ｓ—’）??圖３．３（ａＨｃ）給出了此次重力波事件活躍時段的垂直速度在３８°Ｎ的經度－高??度剖面�？煽闯�，８５°？１０５巧這片區(qū)域上空的垂直速度在垂直方向也出現(xiàn)了??正負值中屯、交替分布的現(xiàn)象
力波信號傳至７０?Ｗａ高度附近，而在０６時１００?Ｗａ高度附近重力波波形消失，??波形消失可能的原因是重力波在上傳過程中發(fā)生了破碎，具體的波破碎高度將??在下面的研究中通過模式模擬結果加レッ判定。從圖３．３可１＾看出本次重力波的??水平波長Ａｈ約為７００?ｋｍ，與地形尺度非常接近，張靈杰等ｆｓｗ用無線電探空資??料證實２００８年５月在這一地區(qū)存在較為頻繁的重力波活動，并指出這一時段重??力波水平波長主要集中在１００￣６００ｋｍ之間。我們參考卞建春等的方法，通??過頻散關系陽２－巧Ａｈ２＝Ｗ２；Ｉｚ２估計ＭＥＲＲＡ－ＩＡＵ?３ｄ日再分析數(shù)據(jù)中重力波信??號理論水平波長＾；＾，其中固有頻率５可根據(jù)關系計算得到：??Ｓ／Ｉ／Ｉ?＝化?／義２）１／２??上式中；和；１２可Ｗ通過下式計算得出（式中上劃線表示高度平均，這里取??波形較為明顯的７００￣１００ｈＰａ）：??／Ｉ。＝?Ｕ＇２?＋?＂＇２?＋?叔?Ｕ＇２?—?Ｖ‘２）?＋?４ｕ‘Ｖ‘２??垂直波長心可根據(jù)地形重力波垂直波長理論公式Ｉｚ?＝?ＺＷＺ／ｗ估計，其中Ｗ為??浮力頻率，Ｕ為擾動地形附近的紳向風速。計算結果顯示，此次重力波的理論??垂直波長約為３?ｋｍ
【參考文獻】：
期刊論文
[1]利用ERA-Interim資料對平流層Brewer-Dobson環(huán)流變化趨勢的分析[J]. 王衛(wèi)國,楊芳園,王顥樾,楊韜,余珂,梁蜀昆,樊雯璇. 地球物理學報. 2015(02)
[2]地形重力波拖曳參數(shù)化對熱帶氣旋強度和路徑預報影響的研究[J]. 鐘水新,陳子通,戴光豐,徐道生,黃燕燕,張誠忠,蒙偉光,楊兆禮. 大氣科學. 2014(02)
[3]Dynamic and Numerical Study of Waves in the Tibetan Plateau Vortex[J]. CHEN Gong,LI Guoping. Advances in Atmospheric Sciences. 2014(01)
[4]臺風重力波的譜結構和動量通量特征分析[J]. 陳丹,陳澤宇,呂達仁. 中國科學:地球科學. 2013(05)
[5]亞洲東部冬季地面溫度變化與平流層弱極渦的關系[J]. 易明建,陳月娟,周任君,畢云,鄧淑梅. 大氣科學. 2013(03)
[6]平流層與對流層相互作用的研究進展[J]. 陸春暉,丁一匯. 氣象科技進展. 2013(02)
[7]一次暴雨過程中重力波參數(shù)演變特征的模擬結果[J]. 鄧少格,鐘中,程胡華. 地球物理學報. 2012(06)
[8]臺風“麥莎”（Matsa）誘發(fā)平流層重力波的數(shù)值模擬[J]. 陳丹,陳澤宇,呂達仁. 中國科學:地球科學. 2011(12)
[9]重力波對青藏高原東側一次暴雨過程的影響[J]. 王文,劉佳,蔡曉軍. 大氣科學學報. 2011(06)
[10]青藏高原紅原站平流層下部重力波觀測特征分析[J]. 張靈杰,林永輝. 氣象科技. 2011(06)
博士論文
[1]南半球大氣環(huán)流的季節(jié)和年際變化及其對東亞夏季風的影響[D]. 高輝.南京氣象學院 2004
碩士論文
[1]非線性重力波相互作用耦合Schr（？）dinger方程解的存在性和數(shù)值研究[D]. 朱利華.南京氣象學院 2004
本文編號：3568475
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