【摘 要】
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重力波是大气中最基本的波动之一,其时空分布变化对全球大气的温度、风场、水汽以及大气环流产生重要影响。重力波水平波长的垂直通量,即重力波动量通量,是表征重力波活动特性的重要参数。GNSS掩星干温资料具有全球分布、高垂直分辨率、全天候、高精度的特点,且在上对流层至下平流层具有很高精度,对于全球重力波活动研究具有重要价值。本文针对现有掩星任务观测资料的时空分辨率有限,无法在长时间尺度上满足重力波动量通量
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重力波是大气中最基本的波动之一,其时空分布变化对全球大气的温度、风场、水汽以及大气环流产生重要影响。重力波水平波长的垂直通量,即重力波动量通量,是表征重力波活动特性的重要参数。GNSS掩星干温资料具有全球分布、高垂直分辨率、全天候、高精度的特点,且在上对流层至下平流层具有很高精度,对于全球重力波活动研究具有重要价值。本文针对现有掩星任务观测资料的时空分辨率有限,无法在长时间尺度上满足重力波动量通量提取时需要时空匹配的掩星廓线组的问题,首次联合COSMIC掩星干温数据和ERA-Interim再分析水平风场数据进行长时期动量通量时空分布特性的研究。
本文首先提出了联合两类数据资料提取重力波动量通量的方法。通过对掩星与风场两类数据分别进行纬向S变换并保留0-6纬向波数信息,获得背景温度和背景风场,以此为基础提取重力波扰动温度和扰动风场。进而由扰动温度获取重力波浮力频率、垂直波长、势能,由扰动风场获取重力波固有频率。综合利用上述参数得到重力波水平波长,最后获得重力波动量通量值。在对其有效性进行验证的基础上,基于该方法对2006年6月至2013年5月连续七年的COSMIC掩星和ERA-Interim风场数据进行处理,对20-25km、25-30km和30-35km三个高度区间动量通量值的全球分布及其季节变化和年际变化特征进行了分析。结果表明:虽然动量通量值整体上随着高度增加而减小,但各高度区间动量通量分布格局及其季节变化和年际变化一致。重力波活动热点地区在20-25km高度区间的动量通量分布上最显著。动量通量值的全球分布存在两个高峰值,最大值发生于冬季半球东风盛行的60°纬度带,次最大值发生于夏季半球深对流发生的亚热带地区。亚热带地区的重力波动量通量值受纬向风影响,存在明显的准两年振荡(QBO)现象。与已有的基于卫星数据的重力波动量通量研究相比较,本文成果在所研究的重力波活动的高度区间、纬度范围和时间长度上均有突破。
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