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基于GPS观测数据的2022年1月15日汤加火山电离层扰动特征分析

中国科学：地球科学 2023年第8期53卷 1817-1833页

作者：李佳峰陈克杰柴海山林间周志远朱海吕明哲南方科技大学地球与空间科学系深圳518055 南方科技大学海洋科学与工程系深圳518055

2022年1月15日汤加火山喷发释放的巨大能量,对环太平洋电离层产生了显著影响.基于火山近场(<1000km)、区域(1000~5000km)和远场(5000~12000km)全球定位系统(Global Positioning System,GPS)观测数据,本文提取并分析了火山喷发后电离层... 详细信息

2022年1月15日汤加火山喷发释放的巨大能量,对环太平洋电离层产生了显著影响.基于火山近场(电离层总电子含量(Total Electron Content,TEC)扰动特征.结果表明,火山喷发后8~15min内近场电离层扰动主要源于爆炸产生的冲击声波(~1000m/s),区域和远场上空远距离传播的低频扰动则与兰姆波有关(~330m/s).各地区扰动幅值与背景TEC值总体呈正相关关系,并且随着扰动波行进距离增大,相对振幅比率逐渐减小.本文也对比了各地区参考日和事件日电离层活动水平,并通过射线追踪反演得到了火山喷发时刻与位置,进一步确认了区域和远场电离层响应均与汤加火山相关.此外,1月15日约06:20UTC在新西兰上空观测到一组略延迟于初始海啸到时的频率突变扰动,该扰动与DART浮标观测记录相符,暗示气象海啸的产生.

关键词： GPS 汤加火山行进电离层扰动射线追踪气象海啸

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基于星-地联合探测的对流层源重力波传播特性研究

基于星-地联合探测的对流层源重力波传播特性研究

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作者：徐爽中国科学技术大学

学位级别：硕士

中高层大气下至平流层顶,上至热层、散逸层,是对流层和外太空的过渡区域,也是人造卫星等飞行器的飞行环境,对于科研、国防、经济建设等具有重要意义。中高层大气的不同圈层之间不断发生着能量交换和物质输运,包含动力学过程和化学过程;... 详细信息

中高层大气下至平流层顶,上至热层、散逸层,是对流层和外太空的过渡区域,也是人造卫星等飞行器的飞行环境,对于科研、国防、经济建设等具有重要意义。中高层大气的不同圈层之间不断发生着能量交换和物质输运,包含动力学过程和化学过程;在占主导的动力学过程中,重力波的传播和破碎耗散在能量、动量耦合中起主要作用,并驱动中层大气的环流。重力波的成因主要为来自对流层的深对流事件激发或地形起伏造成的风场受迫振动。本文介绍了作者攻读硕士学位期间的工作,主要内容是由飓风事件激发重力波的上传,以及山地波在中高层大气产生的次生重力波的传播。本文第3章报告了对地遥感卫星和GPS地面接收机分别在平流层、热层和电离层观测到的飓风源重力波。2016年9月30日至10月9日期间,飓风“马修”(hurricane Matthew)向西横穿加勒比海,随后转北向美国东海岸。在賜风最强烈的时期,位于加勒比海中部,“马修”激发了大量的同心环状重力波(concentric gravity waves,GWs或CGWs)。我们在平流层(高度约30～40 km)和中间层的气辉层(高度约为85～90 km)发现水平波长约为200～300 km的CGW,以及电离层(高度约100～400 km)中水平波长约的250～350 km的同心环状行进电离层扰动(concentric traveling ionospheric disturbances,TID或CTID)。2016年10月1日、2日和7日,TID都持续了数个小时。我们还简要讨论了飓风“马修”引起的重力波和TID的垂直和水平传播。这些研究表明,飓风“马修”通过重力波引起了对流层与整个中高层大气之间的显著动力学耦合。此外,在本文第4章,本文分析了 GOCE卫星在太阳活动宁静时期的数据,对卫星在2010年7月5日23 UTC飞越南安第斯山脉距离地面275 km高度采集的局地数据进行了分析。通过FFT从密度扰动和垂直轨道风中提取20个最大的行进大气扰动(traveling atmospheric disturbances,TAD),采用考虑了实际分子粘度的重力波耗散理论,我们搜索了重力波参数空间以确定哪些热点TAD是重力波。最终,17支波动分量被视为重力波,并且确定了这些波的固有参数。我们还确定了 11支重力波分量的传播方向,并发现大多数重力波的传播方向具有较大的经向分量。使用反向射线追踪模型发现,其中10支重力波分量必须从中间层或热层产生。在此时稍早的时候,卫星观测到平流层的山地波,并且这些山地波在70～75 km高度处因对流不稳定饱和。我们推断这些重力波分量可能是由山地波破碎的能量沉积激发的次生(或三级、甚至更次级的)重力波。这项研究证明,对于太阳活动宁静时期南安第斯山脉上的冬季热层重力波热点,无法通过仅考虑对流层激发参数化重力波的传统全球环流模型建模。

关键词：大气重力波中高层大气对流层平流层中间层热层气辉行进电离层扰动飓风山地波次生波

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