一、光化-动力耦合重力波模式及其应用——Ⅱ.稳定传播的重力波对中层顶区化学成分分布的影响（论文文献综述）
马聚[1]（2020）在《基于激光雷达观测的中间层和低热层大气耦合过程研究》文中提出中高层（20 km以上）大气区域空气非常稀薄,其中的物理、化学和动力学过程非常复杂,是日地空间物理研究中的重点区域。其中中间层顶和低热层（MLT）区域存在外星物质沉积产生的金属原子或离子层,高度范围80-105 km。在众多金属原子中,钠原子具有相对较高的粒子浓度和寿命,其后向散射截面也较大,因此成为了很好的中高层大气活动示踪物。发展高时空分辨率、高信噪比和高稳定性的中高层大气观测手段可以加深对该区域复杂的动力学和化学机制的理解。钠层中存在一些特殊现象,例如突发钠层和低热层增强钠层,统称增强钠层。它们都是指钠密度在短时间和窄高度范围内迅速增强的现象,但出现高度有所不同。自从Clemesha et al.（1978）第一次观测到突发钠层以来,其形成机制就一直受到科学家们的重点关注。主要的形成机制包括:流星直接注入、离子中和、温度上升以及电子沉降等,而低热层增强钠层的形成机制则可能更为复杂。大气波动,特别是重力波,是MLT区域大气与低层大气间能量、动量和成分的交换和重新分配的重要媒介。MLT区域也是重力波的饱和、衰减和耗散等重要动力学过程最为复杂的区域。本论文介绍了可以连续观测平流层到中间层顶的激光雷达系统,并利用位于北半球和南半球的激光雷达系统（中国和智利）对大尺度水平增强钠层的形成机制以及重力波与突发钠层的耦合过程进行了研究。激光雷达可以通过探测瑞利散射信号得到平流层和中间层的大气温度和密度,而钠层的钠原子密度则需要对钠共振荧光散射信号进行反演。一般而言,同时观测大气数据和钠层数据需要多套激光雷达系统共同工作以完成观测。在本文中介绍的瑞利-钠激光雷达系统,采用波分-时分复用的方法,使用单个光电倍增管完成了瑞利-钠双通道采集,实现对30 km-105 km大气的观测。该系统于2016年9月在中国合肥（31.5°N,117°E）完成升级改造,获得了大量观测数据。激光雷达系统的钠密度、大气温度、大气密度观测结果显示出该系统出色的时空分辨率和信噪比。对大气参数的季节变化分析以及对流星尾迹、平流层气溶胶的筛选和反演证明该系统的观测可以促进对大气动力学和化学过程更深入的理解。现有的激光雷达对增强钠层的报道一般都是对单个站点的研究,而大尺度水平范围的增强钠层特性及其与背景条件的联系依然有待研究,因此需要结合多个站点、多种仪器的观测数据进行更深入的研究。本文利用子午链上多个激光雷达系统,系统研究了合肥和武汉（30.5°N,114.4°E）2011-2018年共同观测的19个大尺度水平增强钠层事件,并讨论了其主要的形成机制。主要结论如下:（1）夏季增强钠层发生率明显高于其它季节;（2）持续时间较长的增强钠层在两地间的相似度较高,而持续时间短的增强钠层则显示出较强的局地特性;（3）大多数（70%）两地同时观测的大尺度增强钠层都与电离层突发E层有关,表明了中纬度地区在风剪切作用下“突发E层-增强钠层”因果链关系;（4）少数（30%）两地同时观测的大尺度增强钠层与大气波动（潮汐或者重力波）的动力学机制有关,揭示了水平大尺度波动对水平增强钠层的可能影响;（5）同时,观测也发现存在明显延迟增强钠层事件,暗示着长距离水平输运机制存在的可能性。智利安第斯激光雷达观测站（AL0,30.3°S,70.7°W）高光谱分辨钠激光雷达在2019年5月2日观测到了与波导重力波相关的突发钠层事件,在风场和温度场中同时显示出明显的中高频重力波。此外,本文提供了一种使用激光雷达观测数据计算重力波各项参数的新方法,使用相对温度与各方向风场的振幅比率和无耗散的极化关系来计算重力波的固有频率、水平波数和垂直波数等重要参数。利用这些参数可以计算出突发钠层事件过程中重力波传播形成的临界层和反转层,用于解释实际观测到的重力波耗散和波导现象。该案例研究可以与数值模拟结合,与各项观测数据进行对比分析,更好地理解钠层中重力波相关的动力学过程,同时也可以为大量激光雷达观测数据中的重力波提取以及数据统计提供一种新的方法。
石国春[2]（2020）在《深对流激发的重力波在对流层、平流层和中间层的传播特性研究》文中研究表明大气重力波在全球或区域的气象学、气候学、化学以及中高层大气与低层大气动力学和模型参数化方案中起到非常关键的作用。为了分析飓风这类强对流激发的平流层和中间层重力波的传播特征,研究了重力波向上传播过程中背景风场的调控作用。首先重点综述了近年来利用多传感器卫星资料和数值模式研究大气重力波的相关研究进展,并简要概述了重力波的基本理论。总体上,卫星数据在中高层大气研究中发挥重要作用,与其他资料相结合分析不同波源激发的波动尺度,波动在气候过程中的作用,波与波之间的相互作用以及波流相互作用,波在对流层与整个中高层大气之间产生显着的动力耦合机制等。（1）利用Aqua卫星搭载的高光谱大气红外探测器AIRS探测数据和Suomi NPP卫星搭载的扫描光学传感器VIIRS/DNB探测数据,对2014年1月初在马达加斯加北部发生的飓风Bejisa诱发的同心圆重力波特征进行分析。AIRS数据显示在1月1日21:08 UTC时和1月2日10:00 UTC时重力波的水平波长为190/150 km,传播方向为东南方向,而VIIRS/DNB在22:24 UTC时刻在同一地理区域观测到水平波长为60/150 km,主要的传播方向是东南和东北方向。此外平流层和中间层的波动中心与飓风中心的位置近似,由同一激发源激发。（2）背景风场对重力波传播特性具有一定的影响。通过重力波的色散关系和多普勒频移理论。从ERA5再分析资料和HWM模型数据中推导出平流层（～40 km）和中层层（～87 km）中同心圆重力波的参数特征,如垂直波长,固有频率和固有水平相速度。利用背景风绘制了阻塞图,显示了在平流层和中间层高度上阻滞的波传播方向和明显的相速度。然后将阻塞图与AIRS和VIIRS/DNB观测结果进行比较,更好的解释临界层理论。（3）对流层顶在飓风Bejisa发生发展过程中对重力波传播具有一定的影响。利用ERA5数据分析对流层顶的高度在8～13km之间波动。通过浮力频率研究对流层逆温层对波传播的影响,结果表明,2014年1月1日-6日期间对流层逆温层较弱,对应流体静力学反射系数较小,大部分重力波向上传播,证明对流过程中低层大气与中高层大气之间存在垂直耦合。
王淼[3]（2020）在《基于TIMED/SABER数据的临近空间环境建模研究》文中研究指明临近空间大气环境是地球中高层大气的重要组成部分,既受对流层活动的影响,又受太阳辐射和宇宙射线的影响,使得临近空间大气环境要素复杂多变,因科研和实际应用需求,但观测数据有自身设备限制问题,且现有模型存在一定的使用限制,所以有必要建立新的符合观测的临近空间大气环境模型,来模拟大气环境参数的变化特征。临近空间大气具有明显的分层特征,拐点温度的分析是本模型建立过程中的重要一环,本文首先研究平流层顶温度的时空变化及其影响因子。使用2002-2017年SABER的平流层顶温度(Tsp)分析50oS～50°N其时空特征,发现Tsp具有明显的区域性和季节性特征,在赤道和南北半球夏季平流层顶温度较高,而在南北半球冬季的40°-50°纬度附近温度有最低值。利用EOF方法分析Tsp时空分布特征的影响因子,其第一模态解释率达91%,可以解释主要的变化过程和受控因子,第一模态空间场（EOF1）呈现明显的区域特征和季节特征,对应的时间系数PC1显示其年变化不大,从相关性分析结果中看到这种分布特征与平流层顶O3＿VMR相关性最大,约0.49,与日地距离的相关性约为0.44,与表征太阳活动性的变量（F10.7和SSN）相关性约为0.33。对各变量的观测数据进一步分析,发现Tsp和平流层顶O3＿VMR的纬度变化近似相反;Tsp与日地距离的季节变化有明显的负相关,约-0.81;Tsp在2002-2017年之间的变化约为2K,与F10.7的相关系数为0.6,在南北纬20°附近Tsp与F10.7的相关性最大,约0.74。在拐点温度分析的基础上,构建了全球临近空间大气环境模型。建模的核心思想是:在20-90 km的区域内,利用经过处理后的TIMED/SABER 2002-2017年实测数据,对拐点温度（平流层顶和20km处温度）和大气温度廓线的变化进行拟合,建立大气温度随纬度、地方时、高度变化的数学表达式;根据气压微分方程以及理想气体状态方程得到一定条件下的大气温度、气压、密度及成分密度（包括N2、O2、Ar和He）,依据大气环境参数的半年变化、地磁活动影响以及季节-纬度变化关系,对模型输出参数进行修正,在90-120km采用J70模型的计算结果,得到模型初步结果（Near Space Model,简称NSM模型）;建立大气温度与拐点温度的偏导数关系,计算大气参数的最优修正量,进一步对模型的温度结果进行校准,以提高模型精度。最终得到一个水平分辨率2.5o、垂直分辨率2km的全球临近空间大气环境模型（NSM with Dynamic Calibration Atmosphere,简称NSDCAM模型）。建模完成后,再对本文模型的可应用性进行验证。以未参与建模过程的2018年北半球四个分至日（3月21日、6月22日、9月23日和12月22日）的SABER观测数据为标准,分别计算NSDCAM模型、NRLMSISE-00模型和CIRA-86模型的温度输出结果,将NSDCAM模型的结果与观测数据和其他两个成熟的模型结果进行对比,结果显示本文的NSDCAM模型能较完整的体现临近空间内大气温度的高度变化、纬度变化以及季节变化特征。在40km、70km、100km高度上,利用SABER观测数据、NRLMSISE-00模型的大气密度结果和CIRA-86模型的气压结果也验证了NSM模型的可应用性。再选取三个高度（20km、55km、80km）计算NSDCAM和USSA-76模型的结果与实测数据的误差进行详细的误差分析,从平均误差分析结果可知NSM模型相比USSA-76模型精度平均提升约22%,校准后的NSDCAM模型相比USSA-76模型精度平均提升约28%。综上,本模型可以用来模拟分析临近空间环境特征。作为本文NSM模型的一个应用,以北京、武汉、海口、重庆和拉萨五个台站为例,分析“子午工程”台站的临近空间大气环境特性,结果表明大气各参数的纬度变化较明显,在不同的高度上其季节变化特征也不同。
葛魏[4]（2019）在《中高层大气重力波活动气候分布及其对“波动湍流层顶”影响研究》文中认为中高层大气是指距地球表面10千米高度以上的大气,上限可达300千米,包括平流层、中间层以及部分热层。研究中高层大气对人们进一步了解大气环流过程乃至气候变化都具有十分重要的意义。重力波是中高层大气中最为关键的动力学过程之一。重力波的振幅随着高度增加呈指数增长直至破碎,将其携带的动量能量转移至背景大气中,对大气结构和耦合具有不可忽视的影响。本文主要利用TIMED/SABER卫星2004年至2013年共十年的温度数据,提取重力波温度扰动廓线。以10（log10（T’GW2））作为重力波活动强度的表征,研究重力波活动随纬度、高度的分布以及随时间的变化规律并进行了频谱分析;其次,针对前人提出的“波动湍流层顶”概念深入研究,分别计算“波动湍流层顶”上下边界、重力波以及6.5天波振幅峰值高度并比较了三者随纬度、季节的变化规律,探究不同类型大气波动对“波动湍流层顶”的影响。考虑到“波动湍流层顶”与难以直接探测的传统湍流层顶区域具有相似的气候分布特征,该项研究可以反映不同类型的波动在传统湍流层顶区的相对影响;最后本文分析了我国首次成功进行的火箭膨胀落球试验过程及数据,指出本次试验采用的雷达定位体制是误差的主要来源,值得进一步改进,并利用获得的大气水平风场数据和卫星探测的温度数据分别提取重力波并进行比较。本文的主要结论如下:（1）重力波活动分布:随高度变化方面,热带地区的重力波活动在15～20千米高度范围内存在明显的极大值区,并且这一极大值区会向夏季半球移动。极大值区出现的高度之上存在一个相对低值区与其对应。30千米之上直至大约80千米,即使受到湍流阻尼的作用,重力波活动强度始终加强;而在80千米以上,重力波活动显着增加。季节与年际变化方面,主要体现在重力波活动的一般在冬季较强。不同纬度和高度表现出来的振荡特征也有所差异:南北纬25度至50度的80千米以下的高度,年振荡占据了主导地位;80千米以上年振荡强度稍有减弱,同时出现半年振荡。同时,北纬50度各个高度上出现了较为明显的周期约为4个月的振荡,而南半球50度并未出现。南北纬30度范围上同样存在明显的年振荡,与此同时,半年振荡下移到80千米以下出现。另外,北半球30度周期约4个月的振荡仍然存在并且出现了一定的准两年振荡成分。赤道地区的年振荡仅在较低高度30千米以下出现,同时35千米以下也表现出一定的准两年振荡特征（2）“波动湍流层顶区”与重力波振幅峰值高度随纬度变化较为一致,二者均在赤道地区存在相对低值而在中纬度地区达到极大值;但具体的纬度范围稍有差异,相较而言,重力波振幅峰值高度达到极大值的纬度更近赤道。但“波动湍流层顶区”与重力波振幅峰值高度的季节变化截然不同。前者在冬季达到极大值,而后者在夏季达到极大值。较低的浮力频率更容易导致湍流将背景大气中的能量动量输运至波动中,引起振幅的增长。对浮力频率的分析表明:冬季南北纬50度85至95千米高度范围内浮力频率较小,更易引起重力波振幅的增长,容易在较低高度达到峰值振幅。行星波中6.5天波的振幅分布可以看出其与“波动湍流层顶区”的季节变化一致。这提示我们:不同类型和强度的大气波动可能对“波动湍流层顶区”有不同的影响。（3）本次落球探测实验采用雷达定位体制,雷达定位精度对最终风场计算结果有较为显着的影响,主要体现在较高高度范围内纬向风场存在较大不确定度。后续研究中可以考虑采用卫星定位体制,对探测结果应有明显改善。利用最大熵法提取纬向风场、经向风场以及卫星探测温度廓线中的重力波垂直波长分别集中在4、6.5、12千米左右。利用S变换方法对温度扰动廓线提取的重力波垂直波长同样集中在10～12千米左右。相比较卫星探测数据,落球探测在提取重力波参数方面分辨率更高,能够发现精细结构。
苏昱丞[5]（2019）在《多源极轨卫星资料在中高层大气物质能量研究中的应用》文中认为中高层大气是地球气候系统的重要组成部分。中高层大气中的物质、能量分布特征及其交换过程与气候变化的关系非常密切。中高层大气物质、能量特征的研究对于深入认识地球气候系统、应对气候变化科学意义重大。本文从较为直观的角度研究中高层大气的物质能量特征,主要讨论了极区平流层二氧化碳（CO2）时空分布特征（中高层大气的物质）,极区温度与冰水含量10天波的振幅与相位特征（物质、能量相互作用）,以及中层孔（Mesospheric bores）的全球分布特征（中高层大气能量特征）。大气中CO2的来源单一、化学性质稳定,因而CO2在大气中的分布只涉及大气动力过程,研究CO2的分布特征对深入理解大气环流动力作用有重要的科学意义;行星波活动对大气中的物质能量动力耦合以及输运过程有重要的影响;中层孔是20世纪90年代在中间层80-90km高度上发现的一种特殊大气波动,由于中层孔肉眼可见,对它的研究有助于加深对中高层大气能量耦合与传输的理解。基于AIM（Aeronomy of Ice in the Mesosphere）卫星搭载的SOFIE（Solar Occultation For Ice Experiment）探测器观测结果,反演得到极区平流层30-60 km高度上的CO2浓度混合比数据,使用SD-WACCM（Specified Dynamics-Whole Atmosphere Community Climate Model）模式模拟数据和SABER（Sounding of the Atmosphere Using Broadband Emission Radiometry）卫星观测数据验证反演数据的准确性,SOFIE和SD-WACCM的偏差小于SOFIE CO2的系统不确定性。分析SOFIE CO2在极地平流层的长期变化趋势,发现在2007-2015年间CO2的增长率为～2 ppmv·year-1。讨论SOFIE CO2在南北半球极地平流层的季节分布特征,发现CO2浓度在极地平流层有明显的季节变化,冬半年低、夏半年高,这种季节差异与大气长期环流有关。但是,在北半球冬季,CO2浓度在～45km高度上有异常高值区,进一步研究表明冬季平流层爆发性增温（SSW,Stratospheric Sudden Warming）是造成此类异常的主要原因。最后,利用SD-WACCM的风场模拟数据探讨SSW影响北半球极地平流层CO2浓度变化的动力学过程:在未发生SSW时,极涡稳定,极涡中绕极环流能够有效地阻挡极涡内外气团的交换,受大气长期环流的影响,极涡中CO2浓度较低;SSW发生后,极涡破碎,剩余环流中向极向下的运动显着增强,来自中纬度CO2浓度较高的气团迅速与极涡内部气团产生交换,造成北半球高纬平流层CO2浓度增加。在高纬地区,周期为10天的大气波动相对显着。AIM卫星搭载的SOFIE探测器可以同时观测到高纬中间层～90 km高度上的温度和冰水含量。使用源于同一仪器的温度和冰水含量数据分析大气10天波的特征,可以有效地排除系统以及部分观测误差。研究表明,极区准静止10天波和瞬态10天波的振幅在冬季要明显高于其他季节,瞬态10天波的振幅会随着波数的增加而减小。在时间高度剖面上,随着海拔高度的升高,10天波的强振幅区从2个月逐渐扩展到6个月乃至更长,但10天波的平均振幅会变小;强振幅区的位置与西风风速的高值区比较吻合,冬季极区极夜急流的正压/斜压不稳定是造成这种现象的原因。温度10天波振幅和冰水含量10天波振幅之间的关系比较复杂:在北半球,以夏至日为中心的前后共11天,以及夏至日后的第30到60天,二者基本呈负相关关系,对于其他时段,二者呈现1-2天的相位差;在南半球,夏至日前的第30到15天,以及夏至日后的第12到27天,二者具有较好的负相关关系。Suomi-NPP（Suomi National Polar-Orbiting Partnership）卫星搭载的VIIRS（Visible Infrared Imaging Radiometer Suite）探测器DNB（Day Night Band）波段可以对全球范围内的中层孔事件进行观测。根据DNB波段的观测,研究发现了两种特殊的中层孔事件:宽度极大的事件和拖尾层数极多的事件。宽度最大的一个中层孔,发生在阿拉伯海地区（1-11°N,50-75°E）,它的宽度超过3000 km。拖尾层数最多的一个中层孔拥有超过15层的波尾,整个拖尾的长度延续了近300 km。详细分析了2014年5月4日发生的一个中层孔事件,这次事件同时被DNB波段和地基气辉成像仪观测到。通过比对两种来源的中层孔观测数据,证明了DNB对中层孔观测的有效性。统计了2013-2017年间DNB波段观测到的中层孔事件,研究表明:中层孔在每年的3-5月发生频率最高,与中间层的每日潮汐发生频率最高的月份一致;80%中层孔事件的宽度在300-1200 km之间;低纬地区中层孔主要发生在3-4月,并且低纬地区中层孔事件的发生频率高于中纬地区。
贾铭蛟[6]（2018）在《中纬度地区中间层及低热层区域大气重力波的传播与特性研究》文中指出中间层和低热层大气是地球大气向太空过渡的关键节点区域,在日地空间环境各圈层耦合机制中起着承上启下的作用。大气重力波是大气层中最主要的动力学过程之一。重力波通过在垂直方向上对热量、成分、动量和能量的输运,引起大气动力学结构、大气环流和大气热力学结构的变化,成为大气不同圈层之间垂直耦合的重要媒介。近年来,我国在子午工程等项目的支持下,建立了大量的地基观测设备,可用于对中高层大气不同科学问题的研究。本论文,将从地基观测出发,研究重力波在中纬度地区中间层和低热层的传播和特性。首先,由重力波色散关系和重力波射线追踪方程出发,我们建立了自主的重力波射线追踪模型。通过观测得到的或者给定的重力波初始参数,选择合适的背景大气模式数据,设定合理的运行步长和终止条件,即可得到重力波前向或是后向的传播路径,并给出重力波的可能源区。从而有助于分析重力波的激发和传播规律。随后,基于北京地区多种观测手段,我们对2011年3月1日夜间一个中尺度重力波进行了个例分析。通过对全天空OH气辉成像仪观测数据的处理发现,北京上空中间层顶区域存在一个约2小时周期,东偏南73°方向传播的重力波活动。同时观测的相近的钠激光雷达获取的钠原子柱密度中发现了同步变化的波动响应。随后,结合流星雷达的水平风场数据和SABER的温度数据,我们计算了该重力波的一些基本参数,如动量通量以及能量通量等。利用射线追踪模型,使用ERA-Interim再分析数据和WACCM模式模拟数据,我们得到了该重力波可能的传播路径。根据射线追踪结果,结合大气模式再分析数据,我们认为,该重力波可能是由西伯利亚贝加尔湖附近对流层上部的急流-锋面系统所激发。另外,本文还基于我国120° E流星雷达观测链对中纬度地区的高频重力波动量通量进行了研究。本文首次展示了北半球中纬度地区沿120° E子午线的四台流星雷达对中间层和低热层区域大气重力波动量通量和扰动方差的多年观测结果,并揭示了中纬度地区重力波动量通量的季节变化和纬度变化。我们发现,纬向风和纬向动量通量在全年都有着明显的耦合作用。各站动量通量季节性变化中的纬度差异主要源于下层风和各地区重力波源的纬度差异。在重力波扰动方差的季节变化和高度变化中,背景大气风场结构和温度结构起到了决定性的作用。其中的纬度差异也同样是主要源于重力波活动的纬度差异。同时,我们还对观测中发现的部分季节异常和年际异常现象进行了分析,并提出了异常现象的可能的物理解释机制。
谢衍新[7]（2017）在《基于卫星观测的临近空间大气变分数据同化研究》文中研究表明20-100km临近空间的战略价值已经逐渐引起各国的关注和重视。对临近空间环境的研究,可为临近空间的开发和利用提供科学依据和保障,成为当前的热点问题。卫星探测数据分析及其在数据同化中的应用,可帮助我们对大气的特征和规律进行深入了解,同时还可提高数值模式预报精度。近年来已有许多覆盖全球的卫星探测资料,但利用这些资料开展临近空间大气数据同化,以进一步了解其运动特征和变化趋势、促进临近空间数值预报技术发展的工作还很不充分。基于此,本文利用卫星遥感探测资料进行临近空间大气环境特征的研究,同时基于卫星探测数据进行临近空间数据同化的研究,为临近空间大气数值模式提供更为精确的初值场。主要研究内容如下:（1）GPS信号的相位延迟中包含了低层大气和临近空间大气信息。利用地基GPS相位延迟数据,提出一种结合经验模式的一维变分同化获取大气折射率的方法,利用GPS相位延迟模拟数据进行了同化实验,讨论了背景误差的设置对同化结果的影响,并用实测个例对该方法进行了验证,获得了高精度的0-60km大气折射率。结果表明,该一维变分同化方法可行。首次将同化获取的大气折射率应用于无线电波折射修正实验,取得了很好的修正效果,修正精度可达1mm量级。（2）以TIMEDSABER（V1.07）的红外温度探测数据为观测值,NSSC临近空间大气数据同化预报实验系统的预报场为温度背景值,采用三维变分同化方法,获取了2013年10月1日00:00的20-100km临近空间全球大气温度场。利用统计学方法对同化结果进行评估,结果显示,三维变分同化后临近空间全球温度场误差整体减小,三维变分同化前的温度背景场误差最大可达17K,三维变分同化后的温度分析场最大误差减小至7K以内,效果明显。此算法可用于为临近空间大气环境预报模式提供更精确的初值场。（3）基于AURAMLS卫星温度观测数据和NSSC临近空间大气数据同化预报实验系统,开展了三维变分连续同化试验,获取了20-100km临近空间全球大气温度场。利用统计学方法对同化结果进行评估,结果显示,三维变分同化后,20-100km临近空间全球温度场的误差整体减小,80km以下最大误差由同化前的10K减小至同化后的4K以内,80km以上最大误差由同化前的22K减小至同化后的7K以内,同化效果明显。与单次三维变分同化相比,三维变分连续同化在保证了同化效果的同时,可增加观测数据作用范围。（4）利用AURAMLS数据（V4.2）和TIMEDSABERSABER数据（V2.0）对20-92km的大气温度进行统计比较分析,计算AURAMLS减去TIMEDSABER的温度绝对偏差,并对平均温度偏差在不同季节中随经度、纬度和高度的变化特征进行讨论,为卫星数据的应用提供参考依据。结果表明:20-80km的平均温度偏差在6K以内,相对偏差在3%以内,80-90km平均温度偏差为-10k,相对偏差在9%以内。中低纬度地区平均温度偏差廓线的变化趋势较为一致,从20km的-3k左右的负偏差逐渐增加,在45-50km的平流层顶处有较为明显的3k左右的正偏差峰值。平均温度偏差随纬度的变化明显,随经度的变化很小。（5）基于AURAMLS数据（V4.2）和TIMEDSABERSABER数据（V2.0）偏差的统计分析结果,提出了消除AURAMLS和TIMEDSABER两种卫星数据的系统误差偏差的方法。将消除了系统误差的两种卫星温度探测数据作为观测值,以NSSC临近空间大气数据同化预报实验系统的温度预报场为温度背景场,进行基于AURAMLS和TIMEDSABER联合温度观测数据的三维变分同化,获取了20-100km临近空间全球大气温度场。对比三维变分同化前后的临近空间全球温度场分布,变化较为明显,经验证算法可行。利用统计学方法进行同化评估,结果表明,三维变分同化后,20-100km临近空间全球温度场的误差整体减小,最大误差由三维变分同化前的10K减小至三维变分同化后的4K以内,同化后的温度分析场相对于温度背景场更接近真值,同化效果明显。该方法弥补了单颗卫星的探测数据难以覆盖全球的不足。（6）基于AURAMLS（V4.2）从2004年8月到2016年12月共12年（149个月份）的温度、位势高度、压强等数据,计算分析了临近空间大气温度、大气密度及大气温度标准偏差的变化规律,并着重对大气温度标准偏差变化规律的原因进行了研究。结果表明,在30km平流层,冬半球的中高纬度地区大气扰动显着增大,是行星波和重力波作用的结果。在1月份和7月份,大气扰动在低纬度地区大于夏半球的中高纬度地区,是重力波和行星波作用的结果。重力波作用对赤道地区大气扰动的贡献,在4月份和11月份也有所体现。在70km的中间层,冬半球中高纬度地区的大气扰动依然显着,是行星波和重力波的贡献所致。中低纬度地区的大气扰动相对于平流层有所增加,是重力波活动增强以及大气潮汐开始出现的结果。在92km的低热层,赤道低纬度地区的大气扰动偏大,是非迁移性周日潮汐（DE3）贡献的结果。夏半球的中高纬度的地区大气扰动较强是重力波的贡献所致。
夏媛[8]（2017）在《全固态钠层风温探测激光雷达关键技术研究》文中提出中高层大气温度和风场的高分辨探测是当今大气探测和空间物理领域的研究热点之一。窄线宽钠多普勒激光雷达可实现中层顶大气温度和风场的同时探测,是大气科学研究、空间环境监测预报等的重要观测手段,为开展大气波动传播、能量和动量循环过程、高中低大气相互耦合作用等前沿科学问题的研究提供关键数据来源。本文主要开展了可实现中层顶温度和风场探测的全固态钠激光雷达系统关键技术的研究,大幅提升了窄线宽钠多普勒激光雷达系统工作的可靠性和稳定性,为钠激光雷达的进一步推广和应用提供了关键技术手段,为系统的自动化操作、远程或极端环境条件下的部署奠定了重要基础。论文对钠层风温探测原理、全固态激光雷达系统设计和研制、数据处理和风温反演方法及钠层风场和温度的初步探测结果等进行了详细介绍。主要研究内容如下:（1）成功研制出具有国际先进水平的全固态钠层风温探测激光雷达,基于固体激光和频技术,利用两个工作波长分别为1064nm和1319nm的连续光种子激光器输出单模窄线宽激光,分别注入到两个Nd:YAG激光器并进行脉冲和频,获得了能高效激发钠层的高功率589 nm脉冲激光发射源,提高了钠激光雷达发射激光系统工作的稳定性和可靠性;设计了全光纤耦合的种子注入激光单元,种子光稳频和移频等关键技术均采用光纤传输的模块化设计,大大减少了注入种子单元的光学调整;通过种子激光和频获得了窄线宽589 nm连续激光,并利用钠原子饱和吸收光谱和数字智能反馈程序控制1064 nm和1319nm种子激光器,实现了将和频生成的589 nm连续激光频率长期锁定到钠D2a共振跃迁线上;利用光纤耦合的声光移频技术,结合光纤开关的时序控制设计,实现了发射激光在三个工作频率上自动循环切换工作,并通过计算1064 nmNd:YAG激光腔的纵模间隔,对移频工作频率的选择进行了优化,有效提高了三频率种子注入的可靠性;系统采用三方向分光发射和同步接收采集,设计了发射光束二维调节远程控制软件平台,提高了三方向探测的视场匹配调节的精度和系统的自动化水平;开发了数据采集和系统控制软件,实现了多通道的回波信号同步采集、自动存储、实时显示和整机时序控制等。（2）开展了钠层风温数据处理和反演方法的研究,原始回波信号的预处理包括异常数据剔除、时间积分、背景扣除、功率归一化、高度平滑等,利用三频比率技术给出了温度和风速比值的计算方法,详细阐述了利用二分法由温度和风速比值结合理论的二维校准曲线反演获得温度和视线风速的基本过程,给出了视线风速校正和水平风速合成的方法,分析了温度和风场探测的误差来源,包括汉勒效应、光泵效应、饱和效应、激光频率偏差等带来的系统误差以及光子噪声导致的随机误差,并给出了风温探测精度的计算方法。（3）利用研制的全固态钠激光雷达系统开展了中层顶温度和风场的初步观测。以2016年9月19日和9月20日两晚温度观测结果为例,对相邻两天钠层夜间温度进行了比较分析,表明中高层顶温度结构具有较为明显的日变化特征。将激光雷达测量得到的温度与测量时间和地理位置相近的卫星温度数据进行了对比,结果显示两者随高度变化趋势基本一致,并观测到了明显的温度波动结构。将激光雷达测量的水平风速结果与地理位置相近的流星雷达风场数据进行了对比,两者探测结果随高度和时间变化趋势基本符合。与流星雷达相比,激光雷达的风速测量对小尺度的重力波扰动更为敏感,因此激光雷达的风廓线结果中表现出更多的波动结构,而流星雷达的观测结果随高度变化更平缓。两种仪器探测的水平风随时间演化结果中,均表现出相位向下传播的潮汐波动结构,潮汐波的水平波长尺度大于两种仪器探测的大气空间尺度,因此两种仪器均可探测到潮汐的波动变化。通过温度和水平风探测结果的对比分析,初步验证了该全固态钠激光雷达系统温度和风场探测的稳定性和可靠性。
巴金,胡雄,闫召爱,郭商勇,程永强[9]（2017）在《中间层顶重力波耗散引起钠原子输送的激光雷达观测研究》文中研究指明利用中国科学院国家空间科学中心廊坊站（40.0°N,116.3°E）钠荧光多普勒激光雷达2011年至2013年共约82 h的钠原子数密度和垂直风观测数据,分析了廊坊地区中间层顶区域大气重力波耗散引起的钠原子输送特征.分析得到,90100km处重力波耗散引起的平均钠原子垂直通量整体为负,钠原子向下输送,在93 km处达到最大负值-1.47×108m-3m·s-1,8590km处平均钠原子垂直通量为正,钠原子向上输送,但通量值随高度递减.钠原子垂直通量方向在90km处发生转变,垂直通量随高度的变化造成钠原子汇聚,汇聚效应引起的平均钠原子产生率最大值在91km处达到了1.40×108m-3/h,该值超过了相同高度上模式计算流星烧蚀注入引起的钠原子产生率峰值,说明重力波耗散对钠层结构的形成具有重要影响.与美国SOR和Maui观测结果相比,平均钠原子产生率峰值大小相近,但出现高度不同,说明大气重力波耗散引起的物质输送具有显着的地域变化特征.研究结果可为大气物质输送理论的完善以及大气金属层物理模式的改进提供观测事实参考.
刘伟军[10]（2016）在《中高层大气气辉光谱的探测与研究》文中研究说明气辉作为中高层大气中重要的光化学现象之一,受来自底部气象活动与外部太阳辐射的共同影响。气辉辐射携带有重要光化和动力学信息,通过气辉辐射观测研究中高层大气化学和物理学性质一直被广泛采用。在2011年11月,我们在河北兴隆（40.39°N,117.58°E）利用光栅光谱仪建立了一套用于大气辐射探测的系统。该观测系统由光谱仪、CCD探测器以及前光学系统和控制软件组成。该系统观测波长范围从530nm至1000nm,观测谱段包含原子氧的绿线（557.7 nm）和红线（630 nm）,原子钠的双线,O2（0-1）带,OH的8-3、4-0、5-1、9-4、6-2、7-3、8-4以及3-0带等重要的气辉辐射光谱。通过几年连续观测积累的数据,本文主要进行了以下几个方面的研究工作:1.利用地基观测的OH谱带转动温度与SABER温度的比较对Einstein系数进行了评估,并给出了一套用于OH谱带转动温度计算的统一的最优化Einstein系数比值。OH转动温度被广泛用于对中层顶区域光化学和动力学过程的观测和研究。其中,Einstein系数是计算转动温度的重要参数,而这一参数主要是通过量子力学的从头计算（ab initio）方法计算得到。不同的研究者给出的Einstein系数存在较大差别,从而计算出的转动温度也有所差别。我们利用TIMED卫星上的SABER温度探测与地基OH探测相互独立这一重要特点,开展了Einstein系数的计算。利用OH（9-4,8-3,6-2,5-1,3-0）五个谱带的转动温度与SABER温度进行比较,对5组Einstein系数进行了评估。结果显示,OH转动温度与SABER温度有一致的时间变化;两者的线性相关系数都大于0.72。利用不同的Einstein计算的转动温度与SABER温度之间的偏差不同;对于每一振动能级的温度偏差进行了评估。从结果可以看出,利用任意一组Einstein系数计算的转动温度都有一系统偏差。然而,采用Langhoff等（1986）的Einstein系数计算的转动温度与SABER温度最接近。为了得到一组最优的用于转动温度计算的Einstein系数,我们利用三年的地基OH观测光谱与SABER同时探测的温度开展了统计比较,给出了一组最优的相对Einstein系数的比值。这套比值为全球不同地点OH转动温度探测的比较提供了统一的标准。2.通过地基的O2和OH气辉观测研究气辉辐射对大气波动的响应。大气波动（包括重力波、潮汐和行星波）对气辉辐射具有显着的调制作用,OH、O2、O和Na等气辉对大气波动的响应早已被观测到。当波动经过气辉层,强度和温度都会产生扰动,但强度与温度对于波动的响应存在差异,用Krassovsky提出的强度相对扰动与温度相对扰动的比值η来描述。本文利用O2和OH（6-2）带气辉辐射研究η对不同周期波动响应情况。对于小于12小时周期的波动,O2的|η|范围大约在1至10之间,随周期增大有增大趋势;OH（6-2）带的|η|在1至10范围之间,对周期没有明显变化。相位差基本上都小于0,即温度扰动要超前于强度扰动。对于大于2日的行星波,O2的|η|在10-15之间,OH（6-2）的|η|在5-11之间。两种气辉的η相位差都在0附近,只是O2的略大于0,OH（6-2）的略小于0。通过与模拟结果比较发现,目前的理论还无法完全与观测一致。这是由于气辉辐射对大气波动的响应与辐射产生机制、淬灭过程以及背景大气条件等都密切相关,尤其是原子O的垂直分布。如果对于这些过程在理论或模拟中没有准确的认识,那么必然造成理论与观测的偏差。3.利用地基OH转动温度与卫星观测比较研究北京地区上空温度的季节性变化。我们利用2012-2013年两年的OH（6-2）带观测计算的转动温度,研究了中国北京地区上空中层顶区域温度的季节性变化、年变化,并与SABER观测的温度进行了比较。两者平均温度分别为196.8 K±13.1和196.3 K±11.9。通过两种观测结果比较,OH（6-2）带的转动温度与SABER探测温度一致,两者都存在明显的季节变化,夏季有温度极小值,冬季则有温度极大值。通过谐波分析发现,年振荡是最强的波动,振幅达13.7 K,其次是半年振荡,振幅则只有1.7 K。年振荡和半年振荡的相位分别在12月中旬和3月底。
二、光化-动力耦合重力波模式及其应用——Ⅱ.稳定传播的重力波对中层顶区化学成分分布的影响（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、光化-动力耦合重力波模式及其应用——Ⅱ.稳定传播的重力波对中层顶区化学成分分布的影响（论文提纲范文）
（1）基于激光雷达观测的中间层和低热层大气耦合过程研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 引言 |
| 1.1 大气分层结构 |
| 1.1.1 按温度分层 |
| 1.1.2 电离层分层及基本特性 |
| 1.2 大气探测手段 |
| 1.3 激光雷达探测 |
| 1.3.1 激光雷达探测基本原理 |
| 1.3.2 瑞利激光雷达数据反演方法 |
| 1.3.3 钠共振荧光激光雷达数据反演方法 |
| 1.3.4 钠荧光共振微分散射截面计算 |
| 1.3.5 光子噪声的影响 |
| 1.4 本章小结 |
| 第2章 增强钠层与大气重力波 |
| 2.1 钠层观测 |
| 2.1.1 流星烧蚀 |
| 2.1.2 钠层短期变化 |
| 2.1.3 钠层长期变化 |
| 2.2 突发钠层 |
| 2.2.1 流星直接注入 |
| 2.2.2 离子中和 |
| 2.2.3 温度上升 |
| 2.2.4 电子沉降 |
| 2.3 低热层增强钠层 |
| 2.4 大气重力波 |
| 2.4.1 重力波的波源 |
| 2.4.2 重力波的传播 |
| 2.4.3 重力波线性理论 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 瑞利-钠激光雷达系统 |
| 3.1 研究背景 |
| 3.2 系统结构 |
| 3.2.1 发射单元 |
| 3.2.2 锁定单元 |
| 3.2.3 接收单元 |
| 3.2.4 控制单元 |
| 3.3 观测数据与分析 |
| 3.3.1 多通道观测 |
| 3.3.2 流星尾迹观测 |
| 3.3.3 周期变化观测 |
| 3.3.4 合肥观测到的平流层气溶胶 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 大尺度水平增强钠层研究 |
| 4.1 研究背景 |
| 4.2 观测设备和方法 |
| 4.2.1 钠激光雷达 |
| 4.2.2 流星雷达 |
| 4.2.3 电离层测高仪 |
| 4.2.4 COSMIC掩星观测 |
| 4.2.5 数据处理方法 |
| 4.3 激光雷达共同观测的增强钠层事件 |
| 4.4 形成机制讨论 |
| 4.4.1 与突发E层有关的大尺度增强钠层 |
| 4.4.2 可能被波调制的大尺度增强钠层 |
| 4.4.3 与重力波倾覆相关的增强钠层 |
| 4.4.4 具有明显时间延迟的大尺度增强钠层事件 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 波导重力波相关的突发钠层研究 |
| 5.1 研究背景 |
| 5.2 观测仪器 |
| 5.3 案例分析 |
| 5.3.1 原始数据 |
| 5.3.2 扰动提取 |
| 5.3.3 小波分析 |
| 5.3.4 计算重力波参数 |
| 5.4 本章小结 |
| 第6章 总结和展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.1.1 瑞利-钠激光雷达系统 |
| 6.1.2 大尺度水平增强钠层研究 |
| 6.1.3 波导重力波相关的突发钠层事件 |
| 6.2 展望 |
| 6.2.1 合肥地区中间层顶区域钠层研究 |
| 6.2.2 时间延迟的大尺度增强钠层研究 |
| 6.2.3 中高频重力波与钠密度的藕合研究 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果 |
（2）深对流激发的重力波在对流层、平流层和中间层的传播特性研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.2 研究现状 |
| 1.3 研究内容 |
| 1.4 文章创新点 |
| 第2章 大气重力波 |
| 2.1 基本大气 |
| 2.1.1 压强和密度 |
| 2.1.2 温度 |
| 2.1.3 稳定性和浮力频率 |
| 2.1.4 大气动力学 |
| 2.2 重力波 |
| 2.2.1 色散关系 |
| 2.2.2 垂直相速度和群速度 |
| 2.2.3 临界层 |
| 2.2.4 重力波能量 |
| 2.2.5 重力波破碎 |
| 2.3 重力波平均流相互作用 |
| 2.4 射线追踪 |
| 第3章 基本数据 |
| 3.1 卫星探测数据 |
| 3.1.1 AIRS探测数据 |
| 3.1.2 DNB探测数据 |
| 3.2 ECMWF数据 |
| 3.3 HWM模型数据 |
| 3.4 卫星数据重力波信息提取 |
| 第4章 飓风Bejisa激发的重力波卫星观测分析 |
| 4.1 飓风Bejisa基本情况描述 |
| 4.2 平流层AIRS探测结果分析 |
| 4.3 中间层VIIRS/DNB探测结果分析 |
| 4.4 背景风对重力波传播的影响 |
| 4.4.1 背景风速为零 |
| 4.4.2 背景风速非零 |
| 第5章 对流层顶对重力波传播的影响 |
| 5.1 对流层顶逆温层 |
| 5.2 流体静力学反射系数 |
| 第6章 总结与展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 存在的不足与后续研究展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
（3）基于TIMED/SABER数据的临近空间环境建模研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 临近空间大气环境 |
| 1.2 研究背景与意义 |
| 1.3 研究现状 |
| 1.4 本文研究内容与章节安排 |
| 第二章 数据与方法 |
| 2.1 观测设备与数据 |
| 2.2 研究方法 |
| 第三章 平流层顶温度的时空分布特征分析 |
| 3.1 数据处理 |
| 3.2 平流层顶温度的时空分布特征 |
| 3.3 平流层顶温度的影响因子分析 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 临近空间环境建模 |
| 4.1 拐点温度拟合 |
| 4.2 大气温度廓线拟合 |
| 4.3 临近空间环境模型的初步建立 |
| 4.4 模型校准 |
| 4.5 模型结果展示 |
| 4.6 本章小结 |
| 第五章 模型验证与应用 |
| 5.1 验证数据与方法 |
| 5.2 模型验证 |
| 5.3 模型应用 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 本文工作总结 |
| 6.2 本文创新点 |
| 6.3 未来工作展望 |
| 参考文献 |
| 个人简介 |
| 致谢 |
（4）中高层大气重力波活动气候分布及其对“波动湍流层顶”影响研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 地球大气的分层结构 |
| 1.1.1 按温度特征分层 |
| 1.1.2 按大气成分混合情况分层 |
| 1.2 中高层大气的研究意义及探测手段 |
| 1.2.1 中高层大气的研究意义 |
| 1.2.2 中高层大气的探测手段 |
| 1.3 中高层大气中的波动 |
| 1.3.1 大气潮汐 |
| 1.3.2 行星波 |
| 1.3.3 重力波 |
| 1.4 本文主要研究内容 |
| 第二章 中高层大气重力波活动气候分布特征 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 数据及方法 |
| 2.2.1 TIMED卫星及SABER载荷介绍 |
| 2.2.2 重力波温度扰动提取方法 |
| 2.2.3 Lomb-Scargle功率谱分析方法 |
| 2.3 重力波活动的时空气候分布 |
| 2.3.1 重力波活动随纬度、高度分布 |
| 2.3.2 重力波活动的时间变化 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 重力波与行星波(6.5天波)对“波动湍流层顶”的不同影响 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 数据及方法 |
| 3.2.1 基于温度标准差廓线计算“波动湍流层顶” |
| 3.2.2 利用S变换提取重力波振幅峰值高度 |
| 3.3 “波动湍流层顶”与重力波振幅峰值高度的对比分析 |
| 3.3.1 “波动湍流层顶区”的时空分布 |
| 3.3.2 重力波振幅峰值高度的时空分布 |
| 3.3.3 针对重力波振幅峰值高度的季节变化规律的解释 |
| 3.4 行星波(6.5DWs)对“波动湍流层顶”的影响 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 首次膨胀落球探测实验数据分析及重力波提取 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 数据及方法 |
| 4.2.1 落球探测数据及误差分析 |
| 4.2.2 风场与温度扰动廓线 |
| 4.2.3 最大熵法 |
| 4.3 结果与分析 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 总结与展望 |
| 5.1 本文工作总结 |
| 5.2 创新点 |
| 5.3 对未来进一步研究的展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 作者在学期间取得的学术成果 |
（5）多源极轨卫星资料在中高层大气物质能量研究中的应用（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 中高层大气物质、能量特征研究概述 |
| 1.3 国内外研究进展 |
| 1.3.1 极地中高层大气CO_2的研究 |
| 1.3.2 极地中高层大气10天波的研究 |
| 1.3.3 中层孔的研究 |
| 1.4 问题的提出 |
| 1.5 主要研究内容和章节安排 |
| 第二章 资料和方法 |
| 2.1 观测仪器及资料 |
| 2.1.1 SOFIE/AIM仪器及CO_2数据介绍 |
| 2.1.2 SABER/timed仪器及温度数据介绍 |
| 2.1.3 VIIRS/Suomi-NPP仪器介绍 |
| 2.1.4 MDO仪器介绍 |
| 2.1.5 SD-WACCM数据介绍 |
| 2.1.6 MERRA2数据介绍 |
| 2.2 研究方法 |
| 2.2.1 多元线性回归 |
| 2.2.2 二维中值滤波法 |
| 2.2.3 最小二乘拟合法 |
| 第三章 基于SOFIE/AIM观测的极地平流层CO_2的特征分析 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 CO_2数据验证 |
| 3.2.1 与SD-WACCM数据对比 |
| 3.2.2 与SABER数据对比 |
| 3.3 基于SOFIE观测的CO_2长期趋势 |
| 3.4 基于SOFIE观测的CO_2季节变化及动力机制 |
| 3.4.1 SOFIE南半球CO_2季节变化 |
| 3.4.2 SOFIE北半球CO_2季节变化 |
| 3.5 SSW期间极区CO_2变化及影响机制 |
| 3.6 本章小结 |
| 第四章 基于SOFIE/AIM观测的极地平流层温度和冰水含量10天波的特征分析 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 基于SOFIE/AIM观测的温度10天波特征分析 |
| 4.2.1 温度10天波的振幅 |
| 4.2.2 温度10天波的相位 |
| 4.3 温度10天波与冰水含量10天波的关系 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 基于Suomi-NPP VIIRS DNB观测的中层孔特征分析 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 特殊中层孔事件 |
| 5.3 中层孔事件个例分析 |
| 5.4 中层孔事件统计分析 |
| 5.5 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 主要研究结果 |
| 6.2 创新点 |
| 6.3 问题与展望 |
| 参考文献 |
| 作者简介 |
| 致谢 |
（6）中纬度地区中间层及低热层区域大气重力波的传播与特性研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 引言 |
| 1.1 中层大气 |
| 1.1.1 大气基本结构 |
| 1.1.2 特殊结构 |
| 1.1.3 大气背景风场和温度 |
| 1.2 大气重力波 |
| 1.2.1 重力波线性理论 |
| 1.2.2 重力波源 |
| 1.2.3 重力波的传播 |
| 1.2.4 动量通量 |
| 1.2.5 重力波与背景大气的相互作用 |
| 1.3 研究现状 |
| 1.3.1 观测技术 |
| 1.3.2 模式研究 |
| 1.3.3 现有研究特点 |
| 1.4 本文研究内容和结构 |
| 第2章 仪器数据和计算方法 |
| 2.1 地基探测 |
| 2.1.1 全天空OH气辉成像仪 |
| 2.1.2 钠激光雷达 |
| 2.1.3 流星雷达 |
| 2.2 星载探测 |
| 2.2.1 SABER/TIMED |
| 2.2.2 AIRS/Aqua |
| 2.2.3 NOAA系列卫星 |
| 2.3 再分析数据和大气环流模式 |
| 2.3.1 ECMWF再分析数据 |
| 2.3.2 WACCM |
| 2.4 流星雷达计算动量通量 |
| 第3章 重力波射线追踪模型 |
| 3.1 射线追踪方程 |
| 3.2 射线追踪模型 |
| 3.2.1 输入参数 |
| 3.2.2 运行设置 |
| 3.3 射线追踪模型评估 |
| 3.4 本章总结 |
| 第4章 中纬度地区中尺度重力波的个例研究 |
| 4.1 研究背景 |
| 4.2 观测结果 |
| 4.2.1 气辉辐射 |
| 4.2.2 钠层观测 |
| 4.3 讨论 |
| 4.3.1 重力波参数计算 |
| 4.3.2 重力波的传播路径 |
| 4.3.3 重力波源 |
| 4.4 本章总结 |
| 第5章 中纬度地区MLT区域重力波动量通量的观测 |
| 5.1 研究背景 |
| 5.2 仪器及数据处理方法 |
| 5.3 观测结果 |
| 5.3.1 流星数统计 |
| 5.3.2 纬向风和纬向动量通量 |
| 5.3.3 经向风和经向动量通量 |
| 5.3.4 重力波扰动方差 |
| 5.4 讨论 |
| 5.4.1 可信度分析及数值比较 |
| 5.4.2 动量通量季节性变化中的纬度差异 |
| 5.4.3 动量通量的年际变化 |
| 5.4.4 扰动方差中的特征结构 |
| 5.5 本章总结 |
| 第6章 总结和展望 |
| 附录 各站每月水平风和动量通量 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果 |
（7）基于卫星观测的临近空间大气变分数据同化研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 临近空间概述 |
| 1.1.1 地球大气的分层与结构 |
| 1.1.2 临近空间的定义及基本特征 |
| 1.1.3 临近空间大气的研究意义 |
| 1.1.4 临近空间大气的研究方法 |
| 1.2 基于卫星观测的大气数据同化研究背景介绍 |
| 1.2.1 数据同化的概念和变分数据同化的原理 |
| 1.2.2 数据同化的发展历程 |
| 1.2.3 数据同化的现状 |
| 1.2.4 卫星数据在数据同化中的应用现状 |
| 1.3 临近空间大气数据同化的研究现状 |
| 1.4 本文的选题依据和研究内容 |
| 第2章 地基GPS相位延迟数据一维变分同化反演折射率研究 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 地基GPS一维变分同化算法 |
| 2.3 数据概况 |
| 2.4 结果分析 |
| 2.4.1 模拟数据一维变分同化结果 |
| 2.4.2 折射率同化结果在电波折射中的应用 |
| 2.4.3 一维变分同化实测个例 |
| 2.5 小结 |
| 第3章 TIMED\SABER温度数据三维变分同化研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 三维变分同化算法 |
| 3.3 数据概况 |
| 3.4 三维变分同化结果分析 |
| 3.5 小结 |
| 第4章 AURA\MLS温度数据三维变分连续同化研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 三维变分连续同化试验 |
| 4.3 数据概况 |
| 4.4 三维变分连续同化结果分析 |
| 4.5 小结 |
| 第5章 AURA\MLS与TIMED\SABER联合温度观测数据三维变分同化研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 TIMED\SABER与AURA\MLS探测温度数据的比较分析 |
| 5.2.1 卫星数据概况 |
| 5.2.2 卫星数据统计方法 |
| 5.2.3 卫星数据统计结果 |
| 5.2.4 小结 |
| 5.3 AURA\MLS和TIMED\SABER联合温度观测数据三维变分同化 |
| 5.3.1 数据概况 |
| 5.3.2 数据处理方法 |
| 5.3.3 联合数据三维变分同化结果 |
| 5.4 小结 |
| 第6章 基于AURA\MLS数据的临近空间大气环境统计特性研究 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 数据来源及处理方法 |
| 6.3 临近空间大气温度气候变化规律 |
| 6.3.1 温度随纬度-高度的变化 |
| 6.3.2 温度随季节-纬度的变化 |
| 6.3.3 温度随经度的变化 |
| 6.4 临近空间大气密度气候变化规律 |
| 6.4.1 密度随纬度-高度的变化 |
| 6.4.2 密度随季节-纬度的变化 |
| 6.4.3 密度随经度的变化 |
| 6.5 临近空间大气温度标准偏差变化规律 |
| 6.5.1 标准偏差统计结果 |
| 6.5.2 标准偏差变化规律的原因分析 |
| 6.6 小结 |
| 第7章 总结与展望 |
| 7.1 本文工作总结 |
| 7.2 未来工作展望 |
| 参考文献 |
| 作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
| 致谢 |
（8）全固态钠层风温探测激光雷达关键技术研究（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景与意义 |
| 1.2 大气探测方法 |
| 1.2.1 大气温度和风场测量方法 |
| 1.2.2 大气探测激光雷达 |
| 1.2.3 金属原子共振荧光激光雷达 |
| 1.3 钠荧光激光雷达国内外研究现状 |
| 1.3.1 基于染料激光技术的钠激光雷达 |
| 1.3.2 基于固体激光技术的钠激光雷达 |
| 1.4 本文主要研究内容及创新点 |
| 第二章 钠多普勒激光雷达风场和温度探测原理 |
| 2.1 钠原子荧光光谱谱线结构 |
| 2.2 共振荧光激光雷达基本方程 |
| 2.3 三频比率技术 |
| 2.4 小结 |
| 第三章 全固态钠多普勒激光雷达系统设计和研制 |
| 3.1 全光纤耦合的种子激光单元 |
| 3.1.1 激光频率长期锁定设计 |
| 3.1.2 快速的三频切换设计 |
| 3.2 脉冲和频单元 |
| 3.2.1 单模589 nm脉冲激光的和频生成 |
| 3.2.2 脉冲激光线宽测量 |
| 3.3 接收和检测单元 |
| 3.4 数据采集和系统控制单元 |
| 3.5 小结 |
| 第四章 钠激光雷达回波信号处理及温度和风场反演 |
| 4.1 数据预处理 |
| 4.2 温度和视线风速数值反演算法 |
| 4.3 水平风速合成 |
| 4.4 误差分析 |
| 4.4.1 系统误差 |
| 4.4.2 随机误差 |
| 4.5 小结 |
| 第五章 钠层温度和风场观测结果与分析 |
| 5.1 钠层温度探测结果与对比分析 |
| 5.2 钠层风场探测结果与对比分析 |
| 5.3 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 论文的主要工作 |
| 6.2 后续工作展望 |
| 参考文献 |
| 个人简历、在学期间发表的论文与研究成果 |
（9）中间层顶重力波耗散引起钠原子输送的激光雷达观测研究（论文提纲范文）
| 1 引言 |
| 2 观测设备和数据 |
| 3 分析方法 |
| 3.1 大气重力波扰动量提取 |
| 3.2 大气重力波扰动数据验证 |
| 3.3 大气重力波耗散引起的钠原子垂直通量 |
| 3.4 垂直通量引起的钠原子产生率 |
| 3.5 测量误差的影响 |
| 4 结果和讨论 |
| 4.1 钠层结构 |
| 4.2 大气重力波耗散引起的钠原子垂直输送 |
| 4.3 讨论 |
| 5 结论 |
（10）中高层大气气辉光谱的探测与研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 引言 |
| 1.1 气辉介绍 |
| 1.2 气辉分类 |
| 1.2.1 OI557.7nm气辉 |
| 1.2.2 OI630nm气辉 |
| 1.2.3 Na气辉 |
| 1.2.4 OH气辉 |
| 1.2.5 O_2(0-1)气辉 |
| 1.3 研究背景与内容 |
| 1.4 论文内容章节安排 |
| 第2章 观测数据与分析方法 |
| 2.1 地基观测 |
| 2.1.1 大气辐射观测系统(SMART) |
| 2.1.2 观测系统响应率定标 |
| 2.2 卫星观测 |
| 2.3 HITRAN分子数据 |
| 2.4 气辉光谱数据预处理 |
| 2.5 OH光谱强度与转动温度计算 |
| 2.5.1 谱线强度计算 |
| 2.5.2 转动温度计算 |
| 2.6 O_2光谱数据处理与转动温度计算 |
| 第3章 利用地基OH观测与卫星观测的比较评估EINSTEIN系数 |
| 3.1 OH EINSTEIN系数 |
| 3.1.1 Einstein系数简介 |
| 3.1.2 OH Einstein对转动温度计算影响 |
| 3.2 转动温度与SABER温度比较 |
| 3.3 结果与讨论 |
| 3.4 小结 |
| 第4章 O_2和OH气辉对大气波动的响应研究 |
| 4.1 背景知识 |
| 4.2 气辉对大气波动响应研究 |
| 4.3 数据分析方法 |
| 4.3.1 OH和O_2气辉观测 |
| 4.3.2 辐射强度与转动温度扰动比较 |
| 4.3.3 重力波与潮汐波动 |
| 4.3.4 行星波扰动 |
| 4.4 结果与讨论 |
| 4.5 小结 |
| 第5章 利用OH转动温度和SABER温度研究MLT区域季节性变化 |
| 5.1 研究背景 |
| 5.2 数据与方法 |
| 5.3 OH转动温度季节变化 |
| 5.4 小结 |
| 第6章 总结 |
| 6.1 工作总结 |
| 6.2 工作展望 |
| 附录 |
| 附录A |
| 附录B |
| 参考文献 |
| 发表以及待发表文章目录 |
| 致谢 |
四、光化-动力耦合重力波模式及其应用——Ⅱ.稳定传播的重力波对中层顶区化学成分分布的影响（论文参考文献）
- [1]基于激光雷达观测的中间层和低热层大气耦合过程研究[D]. 马聚. 中国科学技术大学, 2020(01)
- [2]深对流激发的重力波在对流层、平流层和中间层的传播特性研究[D]. 石国春. 中国科学院大学(中国科学院国家空间科学中心), 2020(04)
- [3]基于TIMED/SABER数据的临近空间环境建模研究[D]. 王淼. 南京信息工程大学, 2020(02)
- [4]中高层大气重力波活动气候分布及其对“波动湍流层顶”影响研究[D]. 葛魏. 国防科技大学, 2019
- [5]多源极轨卫星资料在中高层大气物质能量研究中的应用[D]. 苏昱丞. 南京信息工程大学, 2019(01)
- [6]中纬度地区中间层及低热层区域大气重力波的传播与特性研究[D]. 贾铭蛟. 中国科学技术大学, 2018(09)
- [7]基于卫星观测的临近空间大气变分数据同化研究[D]. 谢衍新. 中国科学院大学(中国科学院国家空间科学中心), 2017(09)
- [8]全固态钠层风温探测激光雷达关键技术研究[D]. 夏媛. 中国科学院大学(中国科学院武汉物理与数学研究所), 2017(09)
- [9]中间层顶重力波耗散引起钠原子输送的激光雷达观测研究[J]. 巴金,胡雄,闫召爱,郭商勇,程永强. 地球物理学报, 2017(02)
- [10]中高层大气气辉光谱的探测与研究[D]. 刘伟军. 中国科学院国家空间科学中心, 2016(08)