重力波过程中平流层对流层交换的研究
发布时间：2022-01-04 14:05
利用美国航空航天局MERRA再分析资料和MODIS卫星资料以及欧洲气象中心ERA-Interim再分析资料研究了发生于青藏高原北侧上空的一次地形重力波事件,并使用中尺度预报模式WRF-ARW（V3.0）对其进行了数值模拟,诊断分析了此次地形重力波在上对流层下平流层（UTLS）区域造成的物质和能量垂直传输特征。在此基础上,利用美国国家环境预报中心CFSR再分析资料的重力波数据和位势涡度数据,结合MLS卫星反演的N2O、CO和HALOE卫星反演CH4等大气成分资料,从气候学的角度探讨了重力波对平流层对流层物质交换（STE）的影响,分析了北半球中纬度地区尤其是青藏高原地区上对流层下平流层区域重力波活动的年际、季节变化和长期趋势及其与平流层对流层物质交换之间的相互联系。论文最后利用大气化学气候模式（WACCM3）模拟试验数据诊断了重力波通过影响B-D环流进而对STE过程产生的影响。论文研究获得的主要结论如下：（1）利用WRF-ARW（V3.0）模式结合再分析资料和卫星观测资料分析了发生于青藏高原北侧的一次地形重力波事件,分析结果表明：这一中尺度地形重力波信号的水平波长约为700 km,与扰动地...
【文章来源】：兰州大学甘肃省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图３．１?（ａ）２００８年５月１日０３时ＭＥＲＲＡ再分析资料ｌＯＯｈＰａ垂直速度分布（单位：Ｐａｓ－ｉ）；??（ｂ）?２００８年５月Ｉ日０４时３０分ＭＯＤＩＳ卫星观测的云光学厚度??１３??
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力波信号传至７０?Ｗａ高度附近，而在０６时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传过程中发生了破碎，具体的波破碎高度将??在下面的研究中通过模式模拟结果加レッ判定。从图３．３可１＾看出本次重力波的??水平波长Ａｈ约为７００?ｋｍ，与地形尺度非常接近，张灵杰等ｆｓｗ用无线电探空资??料证实２００８年５月在这一地区存在较为频繁的重力波活动，并指出这一时段重??力波水平波长主要集中在１００￣６００ｋｍ之间。我们参考卞建春等的方法，通??过频散关系阳２－巧Ａｈ２＝Ｗ２；Ｉｚ２估计ＭＥＲＲＡ－ＩＡＵ?３ｄ日再分析数据中重力波信??号理论水平波长＾；＾，其中固有频率５可根据关系计算得到：??Ｓ／Ｉ／Ｉ?＝化?／义２）１／２??上式中；和；１２可Ｗ通过下式计算得出（式中上划线表示高度平均，这里取??波形较为明显的７００￣１００ｈＰａ）：??／Ｉ。＝?Ｕ＇２?＋?＂＇２?＋?叔?Ｕ＇２?—?Ｖ‘２）?＋?４ｕ‘Ｖ‘２??垂直波长心可根据地形重力波垂直波长理论公式Ｉｚ?＝?ＺＷＺ／ｗ估计，其中Ｗ为??浮力频率，Ｕ为扰动地形附近的绅向风速。计算结果显示，此次重力波的理论??垂直波长约为３?ｋｍ
【参考文献】：
期刊论文
[1]利用ERA-Interim资料对平流层Brewer-Dobson环流变化趋势的分析[J]. 王卫国,杨芳园,王颢樾,杨韬,余珂,梁蜀昆,樊雯璇. 地球物理学报. 2015(02)
[2]地形重力波拖曳参数化对热带气旋强度和路径预报影响的研究[J]. 钟水新,陈子通,戴光丰,徐道生,黄燕燕,张诚忠,蒙伟光,杨兆礼. 大气科学. 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]台风重力波的谱结构和动量通量特征分析[J]. 陈丹,陈泽宇,吕达仁. 中国科学:地球科学. 2013(05)
[5]亚洲东部冬季地面温度变化与平流层弱极涡的关系[J]. 易明建,陈月娟,周任君,毕云,邓淑梅. 大气科学. 2013(03)
[6]平流层与对流层相互作用的研究进展[J]. 陆春晖,丁一汇. 气象科技进展. 2013(02)
[7]一次暴雨过程中重力波参数演变特征的模拟结果[J]. 邓少格,钟中,程胡华. 地球物理学报. 2012(06)
[8]台风“麦莎”（Matsa）诱发平流层重力波的数值模拟[J]. 陈丹,陈泽宇,吕达仁. 中国科学:地球科学. 2011(12)
[9]重力波对青藏高原东侧一次暴雨过程的影响[J]. 王文,刘佳,蔡晓军. 大气科学学报. 2011(06)
[10]青藏高原红原站平流层下部重力波观测特征分析[J]. 张灵杰,林永辉. 气象科技. 2011(06)
博士论文
[1]南半球大气环流的季节和年际变化及其对东亚夏季风的影响[D]. 高辉.南京气象学院 2004
硕士论文
[1]非线性重力波相互作用耦合Schr（？）dinger方程解的存在性和数值研究[D]. 朱利华.南京气象学院 2004
本文编号：3568475
【文章来源】：兰州大学甘肃省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图３．１?（ａ）２００８年５月１日０３时ＭＥＲＲＡ再分析资料ｌＯＯｈＰａ垂直速度分布（单位：Ｐａｓ－ｉ）；??（ｂ）?２００８年５月Ｉ日０４时３０分ＭＯＤＩＳ卫星观测的云光学厚度??１３??
?丁姥?宦圮娏??删又衅搅鞑愣粤髅窳睒堑难星桑崳?图３．２是使用ＭＥＲＲＡ－ＩＡＵ?３ｄ日再分析数据再现的２００６年７月１７日１２??时发生于南极半岛上空的一次重力波事件，选取高度也是１００?ｈ化。Ｎｏｄ等［＾??曾使用ＷＲＦ模式对这一平流层重为波信号进斤了模拟分析，并结合观测实验??’研究发现南极半岛的道格拉斯岭是这次地形重力波事件的触发地形，道格拉斯??岭和杰克逊山构成了重力波信号区域下方的巧峰地形结构，这与本文所研究重??力波信号的扰动地形的结构形态非常相似，也具有相近的水平地形尺度。将图??３．１（ａ）中本研究发现的重力波信号与图３．２中Ｎｏｄ等所研究的地形重力波进??行比对，可Ｗ发现二者在垂直速度的水平结构和波形分布形态上都非常相似，??这说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??资料可Ｗ很好地在ＵＴＬＳ区域捕捉到中尺度地形重力波水平波列信号。??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??图３．２?２００６年７月１７日１２时南极半岛ＭＥＲＲＡ再分析资料１００?ｈＰａ垂直速度分布（单??位：Ｆ＾ａ＇ｓ—’）??图３．３（ａＨｃ）给出了此次重力波事件活跃时段的垂直速度在３８°Ｎ的经度－高??度剖面。可看出，８５°？１０５巧这片区域上空的垂直速度在垂直方向也出现了??正负值中屯、交替分布的现象
力波信号传至７０?Ｗａ高度附近，而在０６时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传过程中发生了破碎，具体的波破碎高度将??在下面的研究中通过模式模拟结果加レッ判定。从图３．３可１＾看出本次重力波的??水平波长Ａｈ约为７００?ｋｍ，与地形尺度非常接近，张灵杰等ｆｓｗ用无线电探空资??料证实２００８年５月在这一地区存在较为频繁的重力波活动，并指出这一时段重??力波水平波长主要集中在１００￣６００ｋｍ之间。我们参考卞建春等的方法，通??过频散关系阳２－巧Ａｈ２＝Ｗ２；Ｉｚ２估计ＭＥＲＲＡ－ＩＡＵ?３ｄ日再分析数据中重力波信??号理论水平波长＾；＾，其中固有频率５可根据关系计算得到：??Ｓ／Ｉ／Ｉ?＝化?／义２）１／２??上式中；和；１２可Ｗ通过下式计算得出（式中上划线表示高度平均，这里取??波形较为明显的７００￣１００ｈＰａ）：??／Ｉ。＝?Ｕ＇２?＋?＂＇２?＋?叔?Ｕ＇２?—?Ｖ‘２）?＋?４ｕ‘Ｖ‘２??垂直波长心可根据地形重力波垂直波长理论公式Ｉｚ?＝?ＺＷＺ／ｗ估计，其中Ｗ为??浮力频率，Ｕ为扰动地形附近的绅向风速。计算结果显示，此次重力波的理论??垂直波长约为３?ｋｍ
【参考文献】：
期刊论文
[1]利用ERA-Interim资料对平流层Brewer-Dobson环流变化趋势的分析[J]. 王卫国,杨芳园,王颢樾,杨韬,余珂,梁蜀昆,樊雯璇. 地球物理学报. 2015(02)
[2]地形重力波拖曳参数化对热带气旋强度和路径预报影响的研究[J]. 钟水新,陈子通,戴光丰,徐道生,黄燕燕,张诚忠,蒙伟光,杨兆礼. 大气科学. 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]台风重力波的谱结构和动量通量特征分析[J]. 陈丹,陈泽宇,吕达仁. 中国科学:地球科学. 2013(05)
[5]亚洲东部冬季地面温度变化与平流层弱极涡的关系[J]. 易明建,陈月娟,周任君,毕云,邓淑梅. 大气科学. 2013(03)
[6]平流层与对流层相互作用的研究进展[J]. 陆春晖,丁一汇. 气象科技进展. 2013(02)
[7]一次暴雨过程中重力波参数演变特征的模拟结果[J]. 邓少格,钟中,程胡华. 地球物理学报. 2012(06)
[8]台风“麦莎”（Matsa）诱发平流层重力波的数值模拟[J]. 陈丹,陈泽宇,吕达仁. 中国科学:地球科学. 2011(12)
[9]重力波对青藏高原东侧一次暴雨过程的影响[J]. 王文,刘佳,蔡晓军. 大气科学学报. 2011(06)
[10]青藏高原红原站平流层下部重力波观测特征分析[J]. 张灵杰,林永辉. 气象科技. 2011(06)
博士论文
[1]南半球大气环流的季节和年际变化及其对东亚夏季风的影响[D]. 高辉.南京气象学院 2004
硕士论文
[1]非线性重力波相互作用耦合Schr（？）dinger方程解的存在性和数值研究[D]. 朱利华.南京气象学院 2004
本文编号：3568475
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