2016和2019年北半球SSW期间MLT区域潮汐波和行星波变化特性研究

作     者：薛竣玮 

作者单位：武汉大学 

学位级别：硕士

导师姓名：龚韵

授予年度：2022年

学科分类：07[理学] 070401[理学-天体物理] 0704[理学-天文学] 

主      题：中间层和低热层 潮汐波 行星波 平流层爆发性增温 流星雷达 非线性相互作用 

摘      要：本文利用沿北半球120°E子午线分布的位于漠河(MH53.5°N,122.3°E),北京(BJ,40.3°N,116.2°E)和武汉(WH,30.5°N,114.6°E)的三个流星雷达台站的观测数据,使用Lomb-Scargle谱分析、谐波最小二乘拟合、双谱分析和双相干分析方法,研究了北半球平流层爆发性增温(Sudden stratospheric warming,SSW)期间,这三个中纬度站点中间层与低热层(Mesosphere and lower thermosphere,MLT)区域大气潮汐波和行星波的变化特性,以及两次SSW事件期间大气波动之间的非线性相互作用。本文的主要研究结果如下:1)利用位于漠河的流星雷达风场数据,我们在2019年北半球SSW事件期间观测到强的6小时振荡。6小时振荡在经向风和纬向风中的最大振幅约为10 m/s。利用漠河流星雷达从2011年8月至2019年4月的观测数据,我们计算得到了6小时振荡振幅的概率密度函数,结果显示6小时振荡的振幅在2019年SSW事件期间显著增强。经过分析,我们确定了所观测到的6小时振荡是潮汐波而非重力波,并且漠河MLT区域6小时潮汐波的季节性变化并非其在2019年SSW事件期间增强的主要原因。根据双谱分析的结果,12小时潮汐波之间的非线性相互作用可能对6小时潮汐波的增强起到重要作用。我们认为,2019年SSW事件的发生很可能引起了12小时潮汐波的增强,随后12小时潮汐波通过非线性相互作用激发了6小时潮汐波。2)利用位于北京和武汉的流星雷达观测数据,我们在2016年北半球SSW事件期间观测到纬向风中存在很强的18小时振荡。18小时振荡在北京站和武汉站纬向风中的最大振幅分别为22 m/s和23 m/s。根据双谱分析和双相干分析的结果,两个站点上空的18小时振荡都是由准2天行星波和24小时潮汐波的非线性相互作用产生的。准2天波(周期约为60小时)和24小时潮汐波非线性相互作用会产生两个次波,周期分别约为17小时和40小时。进一步研究发现,准2天波纬向风振幅在2016年北半球SSW事件期间显著增强,并且季节变化并不是准2天波在两个站点增强的主要原因。我们的研究结果表明两个站点上空MLT区域纬向风中的准2天波的增强很可能与2016年SSW事件有关。2016年SSW事件期间强的18小时振荡是由增强的准2天波和24小时潮汐波的非线性相互作用产生。