杨国韬[1]2001年在《中国武汉上空钠层的激光雷达观测、特性分析及理论模拟》文中认为本文介绍了武汉物理与数学所钠层荧光激光雷达的的原理和结构，讲述了实验数据的采集和数据的反演处理；对数据进行统计分析，得出了武汉上空钠层的总平均特性、年平均特性、天平均特性、变化范围和演化趋势等钠层特性，并通过与国外其它钠层台站观测结果相比，指出武汉上空的空间过程及钠层扰动的一些特点：扰动较强、较频繁；指出了流星雨对钠层的影响；将钠层形态分类，通过对其中的分层形态的详细论述，给出武汉上空重力波活动在钠层中的反应；给出了武汉上空的钠层夜间演化的一些规律和一个对钠层有很重要影响的潮汐波的一些参数；单从形态方面讨论了钠层形态分布的不均匀及其对天平均形态的影响；建立钠层模型；给出模型计算方法和结果；从世界各个地方的观测结果和模型理论模拟论证了钠层形态随纬度确实按一定规律改变；对影响钠层作用比较大的几个化学反应进行了一定的讨论；从观测数据分析和理论模拟论证了动力作用对钠层突发确有贡献。
宋娟[2]2005年在《双波长激光雷达的研制与探测研究》文中研究说明武汉物理与数学研究所早在1996年就研制成功了瑞利激光雷达和钠共振荧光激光雷达，但有限的设备使得激光雷达系统每次仅能运行在一种激光波长下，每次只能探测30~80km的中层大气或80~110km的高空钠层，而不能同时探测两者，造成了探测数据在空间和时间上的不连续。为了同时探测30km到110km宽高度范围的大气，我所对现有的激光雷达系统进行了升级改造，使之成为一种具有同时同地探测中层大气和中层顶钠层能力的多功能激光雷达，命名为双波长激光雷达。本文的主要内容包括两部分：双波长激光雷达的研制和利用其采集的数据进行的武汉上空重力波活动初步研究。第一部分首先介绍了双波长激光雷达的研制目的、探测机制、研制方案、基本结构、工作原理、数据反演方法和反演误差来源，然后介绍了双波长激光雷达的性能测试实验，实验结果表明，由于双波长激光雷达采用了以下几项关键技术：(1)二次倍频余光复用技术(2)双光纤焦面分光技术(3)更准直的发射光束和更小的接收视场使得其不仅可以同时探测中层大气和钠层，而且其探测性能与原来的两台激光雷达分别使用的性能相近。第二部分利用双波长激光雷达同时同地采集到的瑞利数据和钠荧光数据进行武汉上空中层大气和钠层的重力波活动的初步研究，具体研究内容包括：(1)用相对密度扰动时空演化等值图研究中层大气和中层顶钠层的重力波活动现象(2)介绍单色重力波参数提取方法及武汉上空观测结果(3)武汉上空钠层观测到的一个重力波破碎现象(4)双波长激光雷达对中层大气和钠层动力学特性连通式研究的初步尝试初步研究结果表明，本双波长高空探测激光雷达是研究武汉上空大气动力学特性的一种非常有效的手段。
杨国韬[3]2004年在《武汉上空钠层的激光雷达观测与研究》文中指出在高空80-110公里区域内存在着一层中性钠原子层对钠层的研究有助于了解中层顶的各种化学过程和动力过程钠层也可以根据其示踪作用来研究波动过程所以对钠层的研究是高层大气物理的一个重要内容而激光雷达在钠层的探测中有着很大的应用以及发展前途虽然国际上从70年代起开展了大量对钠层的激光雷达观测与研究但国内在中国科学院武汉物理与数学研究所成功出研制我国第一台钠层荧光激光雷达并对钠层进行观测研究之前这方面的工作还是空白本文即论述作者利用这台钠层荧光激光雷达对中国武汉地区(31N, 114E上)空的钠层进行的观测以及基于多年来的观测数据对武汉上空的钠层所进行的较为系统和详细的研究论文首先对钠层荧光激光雷达的原理和构造实验数据的采集和处理进行了详细的描述在此基础上给出了用激光雷达观测数据对武汉上空钠层进行研究的如下主要结果 1武汉上空钠层的平均特性和变化规律这是从钠层形态的特征和变化来研究钠层给出了武汉上空钠层的总平均分布形态季节变化和短期变化并与国外的观测结果进行了对比指出不同纬度的钠层具有不同的平均分布形态特别指出武汉上空的钠层的短期扰动比国外其它地区报道的结果要频繁许多并给出了武汉上空钠层的分层出现几率和平均夜间变化对观测到的一个特殊的钠层分层现象进行了详细的报道与分析 2武汉上空钠层的几个特殊现象给出了武汉上空的钠层突发出现频度很高的结果与一般国际上流行的中纬地区甚少有SSL的观点相悖通过与本所测高仪的数据对比得出了武汉上空的钠层突发与Es有较好的相关性并将武汉上空高钠层突发出现频度与东亚地区Es异常结合起来认为武汉上空高SSL发生率是Es在东亚地区的高出现率所致还指出武汉上空观测到的钠层突发中有很多的动力过程 本文作者及其同事很有幸的观测到了一个极为罕见的钠层现象那就是钠层上升到了125公里并以双层形态出现此现象不仅在本文所使用的激光雷达观测数据
张金业[4]2010年在《武汉上空对流层大气气溶胶Raman/Mie激光雷达探测研究》文中研究表明随着我国改革开放叁十年的发展,目前,建立和谐、环保的两型社会是我们的目标。因此,对我们的生存环境有了前所未有的关注。其中大气污染是最为关注的一个问题。实时、定量的大气气溶胶含量是判断大气干洁度的重要指标,也是研究气候气象变化的一个重要要素。发展及时有效的探测手段是目前全国面临的一个巨大挑战。自从激光器件问世以来,对于大气气溶胶的研究进入了一个划时代的意义,可以实时、长期观测气溶胶的垂直分布廓线,并同时出现了天基激光雷达和地基激光雷达。在利用Mie激光雷达探测反演时,一个激光雷达方程存在两个未知数,气溶胶的消光系数和后向散射系数。所以必须假设他们两者之间的关系,才能解决问题,有了假设就必然引入了误差。而利用Raman激光雷达探测,不需要作此假设,可以精确探测气溶胶的消光系数特性。本文发展了一套地基Raman/Mie多通道激光雷达系统,能够实时、准确地探测武汉地区对流层低空大气气溶胶的光学特性,从而反映气溶胶在大气中垂直分布含量情况。本文首先在总结前人工作的基础上,把握大气气溶胶研究现状和发展前景,研究激光雷达探测大气气溶胶技术,并根据武汉地区大气气溶胶现状,设计一套地基Raman/Mie多通道激光雷达系统。估算各种参数值,并仿真模拟激光雷达系统的工作特性。集成整个系统,并对系统的各个硬件以及软件部分进行调节与信号的测试。保证系统的各个通道同时、有效的工作。其次,研究大气气溶胶的消光系数、后向散射系数和激光雷达比等特性的反演方法,通过仿真实验来验证反演方法的正确性与可行性。第叁,利用自行研制的Raman/Mie多通道激光雷达系统,对武汉地区大气气溶胶消光系数、后向散射系数和激光雷达比等的垂直分布廓线进行实时探测,并做长期观测,以期对武汉地区大气中气溶胶的分布以及变化规律进行研究。第四,研究目前利用激光雷达探测大气边界层的方法,并利用Raman/Mie多通道激光雷达系统探测武汉上空大气边界层的情况,分析边界层的高度、变化规律等。最后,利用此系统对逆温层进行了初步的探测研究。在研究的过程中,解决了一些关键技术问题,并对一些反演算法进行了改进。由于Raman散射信号非常微弱,所以必须对背景噪声进行有效的抑制,才能保证Raman散射信号不会被淹没。我们采用磁场探测技术,对实验室周围的电磁环境进行探测,并输入软件,对电磁噪声进行扣除；利用Raman激光雷达原理可以较为准确的探测大气气溶胶的消光系数,同时结合同一个视场的后向散射Mie信号,可以反演气溶胶的后向散射系数。这里的关键点就是要保证Mie通道信号和Raman通道信号必须来自于同一个视场。利用Raman激光雷达原理反演的激光雷达比,作为Mie散射激光雷达方程的输入条件,反演气溶胶消光系数和后向散射系数。然后比较两种方法所得的结果。如果符合程度较高,说明了两个通道的信号是来自于同一个视场；大气边界层高度是边界层研究最关心的问题之一,而不同的研究者给出了不同的边界层高度的结果,也就使得边界层高度有着不同的判据。目前已经有了很多直接观测的手段,如气象塔观测、系留气球、释放气球、遥控和驾驶飞机以及一些遥感技术。利用不同的参数作为判据,来确定边界层的高度。但最为直接有效的,还是使用激光雷达作为探测工具,可以实时、连续地观测边界层高度及其变化情况。本文提出用Raman激光雷达原理来探测反演大气边界层的高度,并对常用Mie激光雷达探测边界层的SBH99法进行改进,使具有更高的精度。同时也对出现的逆温层的高度进行了探测分析。
李亚娟[5]2016年在《纯转动拉曼—瑞利激光雷达中低空大气温度探测研究》文中研究表明大气温度是描述大气状态的一个重要气象参数。利用高时空分辨的激光雷达探测大气温度是大气热力学和动力学研究的一种有效手段。通过各个层段的大气温度连通性探测,对研究各大气层之间的能量传播以及人类活动对大气环境的影响都具有重要意义。本论文以中低空大气温度探测为研究目标,研制出了一套纯转动拉曼-瑞利激光雷达系统,实现了5-80 km范围的大气温度高精度探测；通过对数据的处理分析,提出了新的校准反演方法,同时对中低空大气温度的热结构和扰动特征进行了分析。主要研究内容如下：(1)本文主要完成了一套集成纯转动拉曼与瑞利两种测温机制的激光雷达系统的研制。该激光雷达系统的激光发射单元采用种子注入的Nd:YAG激光器二次倍频输出脉冲能量约300 mJ的532.106nm激光,通过碘分子稳频技术保证了中低空大气风场和温度的联合观测；接收单元采用1m口径的长焦卡塞格林式望远镜,通过收发精确匹配、高分辨光谱分光滤光优化设计以及分通道斩波技术,实现了转动拉曼和瑞利散射回波信号的高效接收与分离：采集单元利用斩波同步触发控制和弱信号检测技术,对中低空不同探测范围的回波信号进行了采集和处理。(2)本文基于纯转动拉曼-瑞利激光雷达系统完成了中低空大气温度的连通探测。利用转动拉曼测温方法实现了低空5-40 km的大气温度探测,利用高、低空瑞利探测通道分别实现了50～80 km和30-60 km的中层大气温度探测。根据重迭区域(30～40 km、50-60 km)的温度数据,本文提出了一种数据融合方法,获得了5-80 km完整的温度廓线。在6h(1 h)的累积时间下,对不同高度段分别采用600 m、900 m和1200 m的空间分辨率,10 km高度转动拉曼的温度测量精度为0.1 K(0.3 K),30 km增大为0.7 K(1.8 K)；低空瑞利通道从30 km到50 km的温度测量不确定度从0.15 K(0.4 K)增大到1.1 K(2.7 K),而对于高空瑞利通道,温度测量的不确定度从50 km处的0.4 K(1.0 K)逐渐增大为80 km的3.4 K(8.8 K)。此外,转动拉曼-瑞利激光雷达的观测结果还与同时段的探空气球、模式(NRLMSISE00)和卫星(TIMED/SABER)数据进行了比较,结果的一致性证明了该激光雷达系统温度测量的可靠性。(3)本文分别对转动拉曼和瑞利的温度反演算法进行了模拟,并对观测数据进行了处理分析。对于转动拉曼温度反演方法,本文重点分析了滤光片参数的优化选取及校准函数的选择,讨论了系统参数变化(激光波长、线宽和滤光片角度)对校准和温度反演结果的影响。根据观测数据,针对不同时空分辨下的转动拉曼温度探测精度、对流层顶附近及四季不同的温度结构特征分别进行了分析；而对于瑞利温度反演方法,本文主要讨论了参考值和气溶胶含量对大气密度和温度反演结果的影响。根据观测数据,对高、低空瑞利通道分别探测到的密度、温度及相应的扰动进行了分析。从转动拉曼和瑞利的温度扰动中可以看出,大气的不同高度均出现有周期性的波动特征。(4)本文基于转动拉曼与瑞利两种机制之间长达10 km的重迭探测,提出了一种利用瑞利温度对转动拉曼回波信号进行校准和温度反演的新方法,即自校准方法。利用同一套激光雷达系统中的两种测温机制实现校准,具有时空一致性和实时校准的优势,而且不依赖于其他温度探测手段,更适于野外环境的观测。但是,自校准方法受校准区间和信噪水平的限制,与气球校准方法相比,两个系数的校准函数Q=exp(a+b/T)更适用于自校准方法,而且两种校准方法用于温度扰动分析时,分别得到的温度扰动的偏差小于0.015 K,因此,自校准方法与气球校准方法一样可用于大气扰动的分析。(5)本文基于自校准方法获得的5-80 km大气温度廓线,对不同大气层段的温度结构和扰动特征进行了分析。从近地面至中间层顶,大气温度的扰动表现出波动的性质。随高度升高其扰动幅度按照～10 km的标高指数增长,但是在一些高度(如39 km、52 km、64 km和73 km),温度的扰动始终表现为极小值("nodes")。通过比较不同高度段的温度和扰动特征,可以发现一些不同的波长、振幅、相位等波动信息,说明了大气中的一些波源于低层大气,而且在向上传播的过程中,表现出不稳定的特性。
班超[6]2017年在《热层钠及突发钠层的机制研究》文中进行了进一步梳理中间层顶及低热层(80-105 km)是大气的一个过渡区域,由于太阳辐射的影响,该区域存在短期(周日变化,半日变化)及长期(大气年震荡,半年震荡)变化,并受太阳11年活动周期影响。另外中间层及低热层区域的大气成分也十分复杂,它不只有大气中的中性成分(氧气分子和氮气分子),由于这个高度有很强的光解作用,会产生大量的氧原子,另外由于流星常年飞过该区域时发生流星消融过程,在该区域注入很多金属粒子(例如:钠、铁、钾等),使得该区域形成了一个金属层。这些金属层的密度不仅会受动力学过程影响,同时还会受到化学过程的影响。钠荧光测风测温激光雷达,利用金属原子荧光共振散射,可以同时测量中间层顶及低热层(MLT,Mesopause and Lower Thermosphere)区域的温度,风场及中性钠原子密度。在钠原子层某些高度,钠原子的密度会突然增加几倍甚至十几倍并持续几分钟到几小时,这种现象称为突发钠层。另外,最近在110-160公里高度,激光雷达观测到有中性金属原子存在,且金属原子密度很低,这种现象叫做热层金属层。本论文利用两套钠荧光测风测温激光雷达(]、中国合肥;2、智利)的观测对突发钠层及热层钠原子层的形成机制进行研究。利用中国合肥中国科学技术大学自主研制的钠测风测温激光雷达、武汉流星雷达及卫星数据对一次重力波破碎及其之后发生的钠层突发现象进行个例研究。发现该次重力波破碎事件影响范围较广,对大气风场和温度场有很强的作用。重力波破碎45分钟之后,发生了的钠层突发现象,突发钠层首先在激光雷达西向通道被观测到,两分钟之后才在东向通道出现,出现高度及强度都有延迟,且该延迟持续一段时间,由此我们认为该次突发钠层事件应该是一次高密度钠原子团传输形成的,根据激光雷达及流星雷达的大气风场数据,对该钠原子团的传输方向、传输速度及水平尺度等参数进行了分析。美国Embry-Riddle Aeronautical University在智利的钠测温测风激光雷达,于2015年4月连续观测到热层钠原子层现象,同时首次得到110-140km连续观测的大气风场数据。利用TIEGCM模式与激光雷达观测的大气风场进行对比,我们发现模式可以很好的模拟观测的风场结果。利用模式水平风我们对热层钠原子层的成因进行了研究,经过分析,我们发现热层钠出现在离子最大发散区附近,这说明钠离子-电子中和理论无法解释智利观测到的热层钠原子层现象(因为钠离子-电子中和理论需要在离子汇聚区发生并产生更多的钠原子)。同时我们对不同季节、不同地点的热层金属原子层进行分析,发现中低纬度的热层金属原子层大都出现在离子最大发散区附近。在120 km以上,由于空气密度很低,流星溅射过程可以直接注入金属原子,另外大气分子离子(NO+和O2+)可以通过化学反应消耗钠原子。根据以上结果,我们提出一种可能的热层钠原子层形成机制:首先流星溅射过程将金属原子注入大气中,而后在离子发散区,大气分子离子密度降低,增加钠原子的化学寿命,使得钠原子密度变大,从而被激光雷达观测到。根据这一理论,我们进行了简单模拟,模拟的热层钠原子层和观测很一致。最后,我们就热层钠原子层的传播特性进行了简单分析。
王晓东[7]2017年在《中高层大气金属层的激光雷达观测与机制研究》文中研究说明本文首先对当前国际上有关大气常规金属层、偶发金属层和金属层白天观测研究中的不同观点进行了总结阐述,接着对大气激光雷达原理及共振荧光激光雷达系统进行了详细描述,随后采用北京高时间分辨率的激光雷达数据对钠常规层的变化率和特征时间进行了计算,通过连续性方程将观测值与理论计算值进行比较得到金属层内部小尺度变化的可能机制,最后基于武汉地区铁钠雷达同时同体积观测数据发现报道了铁钠双层同时偶发现象并对其形成原因进行了讨论,各章具体内容如下:1.总结当前国际上关于中高层大气常规金属层、偶发金属层和金属层白天观测研究的现状及争论焦点。核心讨论常规层中铁钠原子层上下边界高度随时间的相关性,当前模型中铁钠剖面错位结构与观测中铁钠剖面嵌套结构的不一致现象;偶发金属层的形成机制到底是金属离子中性化还是微流星直接消融;铁密度日出时下边界随太阳高度角向下延伸,日落时随太阳高度角向上收缩的现象及原因等。2.阐述了不同散射机制下大气探测激光雷达原理,偏振激光雷达原理,北京与武汉共振荧光激光雷达系统、数据反演算法和可能的误差来源。3.基于北京2011年5月到11月共47个夜晚395小时钠激光雷达高时间分辨率观测数据,我们发现在小时间尺度下,常规层钠密度在各个高度上都有着快速的扰动,钠原子密度的平均变化率剖面呈现单峰结构,变化率大小为8到16cm-3s-1之间,峰值为16.2 cm_3s-1,出现在约92千米,变化率剖面的单峰结构与钠常规层密度平均剖面相似。钠密度增长率和衰减率剖面十分接近,不过总体上增长率略大于衰减率,它们之间的差值为0.01到0.17 cn-3s-1,这个观测现象与前期Chen and Yi(2011)采用武汉5分钟时间分辨率雷达数据结果一致。随后我们还计算了短时钠密度扰动的时间常数,83到98千米不同高度上,时间常数大小在46到118 s之间,这个值比浮力频率周期(～5分钟)明显要小,这说明重力波难以造成钠密度快速扰动。通过对钠连续性方程进行尺度分析,我们发现气相化学反应中,受反应物浓度的限制,难以形成与观测值对应量级的钠密度变化率,对于动力学,即使把风速设置得比观测的风速还大,风场对钠密度输运的理论值都比观测的钠密度变化率要小,依据连续性方程,我们推测:观测的钠密度快速扰动极有可能是由微流星消融注入钠原子造成的。由于微流星消融注入钠原子会造成钠原子静增加,因此必定存在对钠原子快速消除的机制,在中层顶极低的温度下,新消融的高温钠原子快速冷凝、沉降和聚合可能是钠原子快速消除的原因。4.我们分析了武汉上空2010年到2013年间共163晚的铁雷达观测数据,发现了 9例双偶发铁层事件,双偶发铁层同时出现在常规铁层之上且各层在高度上相互分离,我们把高高度的偶发称之为上层偶发,上层偶发与常规层之间的偶发称之为次层偶发。此9例铁偶发事件中有8例出现在夏季,上层偶发铁原子密度与常规铁层密度比值最大能达到375%,次层偶发铁原子密度与常规铁层密度比值最大能达到225%,上层偶发的峰值高度出现在102-107千米,次层偶发的峰值高度出现在95-98.5千米,更有趣的是,在2例事件中,我们观测到铁上层偶发、次层偶发以及常规层的峰值密度同时增强和衰减。在9个观测事例中,有5个晚上存在钠层同时同体积观测,我们发现在铁偶发高度,总是能找到对应的钠原子偶发,与双铁层偶发有些许不同的是,钠次层偶发与常规钠层的上部分想融合而不分离,这可能是由于钠常规层较宽。我们还计算了此5晚的铁钠典型剖面(铁上层偶发密度最大对应时刻)峰值密度之比,发现铁钠上层偶发峰值密度之比在6.6-52之间,次层偶发峰值密度之比为0.57-6.58之间,就同一晚而言,铁钠上层偶发峰值密度之比大于次层偶发峰值密度几倍。关于偶发金属层的形成机制还在争论之中,基于以上观测现象我们对双偶发现象的形成原因进行了讨论,认为观测结果更偏向微流星直接消融造成。
曾令旗[8]2011年在《铁、钠流星尾迹的激光雷达观测研究及钠层全天时观测技术》文中认为每天大约有100吨的流星体物质从外太空注入地球大气并且最终落在地球表面,但是我们对流星体的消融过程了解甚少。此外,由流星消融引起的Na、Fe、K、Ca等金属的注入量—金属层模型中的重要参量—尚未得到测量。尽管聚集在中间层顶区域80-110km的金属原子层被认为来源于流星消融,但是还没有发现流星注入和金属原子层的变化有明显的联系。偶发层是指在一个狭窄的高度范围里出现的大幅度增长的密度层。多年来,人们已经提出了多种偶发层形成机制,但是尚未有一种机制能完全解释观测到的所有偶发层现象。深入研究偶发层的特征对探明其形成机制非常重要。共振激光雷达在中间层顶金属层的研究中发挥着重要作用,但是受太阳辐射背景的影响,大部分雷达只能在夜间工作,研制能全天时工作的激光雷达很有必要。本论文首先介绍共振荧光激光雷达对武汉上空Fe、Na流星尾迹近两年观测的研究结果,接下来介绍了基于Fabry-Perot标准具的激光雷达Na层全天时观测技术,最后描述了偶发Fe、Na层的短时变化的特点。主要研究内容如下：1.通过近两年的激光雷达观测,得到了武汉上空(30°N,114°E)铁、钠原子流星尾迹的分布特征和流星体的差分消融特征。分别从260小时的铁光了计数剖面和320小时的钠光了计数剖面里,筛选出了155个Fe尾迹和136个Na尾迹,铁、钠流星尾迹的出现率分别为0.6 h-1,0.42 h-1。分别给出了钠、铁尾迹的高度分布,发现多数尾迹,特别是峰值密度大的尾迹,倾向于出现在常规金属层的峰值附近,而相对较弱的尾迹倾向于出现在常规金属层的顶部和底部。钠流星尾迹的平均高度要比铁尾迹高～2kmn。根据观测到的流星尾迹计算得到Fe、Na原子注入率分别为1.5×105cm-2 s-11和1.4×104cm-2 s-1。这两个量为中层顶的金属层模型里的参数—Fe、Na元素注入量—提供了当前唯一的基于观测的数值。在210小时的同时共体积观测中,仅有8个双元素尾迹被探测到。双元素尾迹中Fe和Na原子的丰度比的平均值为9.0,小于碳质流星中Fe/Na含量的平均值。尾迹的这些特征表明,在流星体消融的过程中,性质不同的Fe、Na元素是在不同的阶段释放出来的,观测结果与差分消融理论一致。2.在夜间上作的钠共振荧光激光雷达的基础上,通过采用法布里-珀罗标准具(Fabry-Parot Etalon)作为窄带滤光器,同时压缩激光束发散角,缩小接收视场,实现了钠层密度的24小时连续观测。与国外常见的使用腔长可调的法布里-珀罗干涉仪(Fabry-Parot Interference)不同,我们选用腔长固定的法布里-珀罗标准具,通过调节角度选择所需波长。这种方式的优点在于降低了系统复杂度和成本。除此之外,比起钠原子法拉第滤光器技术,该技术方式具有透过波长可调谐、抗干扰性好、透过率高等特点,所以能方便地将该技术应用到低空激光雷达的全天时观测。3.通过分析铁、钠同时共体积观测数据,描述了偶发铁层和钠层的短时变化特征。研究发现,虽然偶发铁和偶发钠层的时空变化非常快,但是它们的变化形态却很相似。研究还发现,每一例偶发铁、钠层均由一系列的小时间尺度的爆发性密度增长组成,并且偶发铁层密度的小时间尺度变化要比钠更加剧烈。在流星体消融的过程中,释放的铁原子也要比钠原子丰富的多。这为偶发层的潜在形成机制—流星消融—提供了实验证据。
常启海[9]2005年在《武汉上空中层大气的瑞利激光雷达观测与研究》文中研究指明在处于大约10-100Km高度的中层大气中存在着许多复杂的物理、化学和动力学过程，中层大气也是对太阳活动极为敏感的大气区域。中层大气内部的复杂变化会耦合到低层大气中，从而对全球气候的变化与人类生存环境产生影响。因此中层大气的研究具有重要意义。由于中层大气探测的困难，使得人们对中层大气的研究还很不充分。瑞利散射激光雷达的出现，在很大程度上改变了上述局面。中科院武汉物理与数学研究所(WIPM)在1995年成功地研制出了我国首台高空探测瑞利激光雷达，并在2001年对此瑞利激光雷达进行了升级，使其探测高度达到80km。本文对WIPM瑞利激光雷达的性能进行了评估，研究了激光雷达数据的反演方法，通过WIPM瑞利激光雷达对武汉上空的中层大气进行了观测和研究，取得以下结果： 1：通过对不同中层大气观测仪器的比较评估了WIPM瑞利激光雷达的探测性能。WIPM瑞利激光雷达系统基本上可以忽略准直、强光感生噪声和多光子堆积等系统误差，表明WIPM瑞利激光雷达的性能是稳定的。WIPM瑞利激光雷达探测中层大气温度的精度可达到：对于1小时、1公里的时空分辨率，40公里以下小于0.5％，60公里以下小于2％，70公里以下小于5％，对于3小时、3公里的时空分辨率，50公里以下小于0.5％，70公里以下小于2％。 2：通过回波模拟数据分别对大气传输情况和激光雷达温度反演算法进行了分析和验证。指出在选用532nm和355nm为发射波长时，必须分别考虑臭氧分子和大气分子的消光吸收作用对温度反演的影响；积分算法对温度反演最稳定；温度反演时必须考虑激光雷达所在海拔高度。 3：WIPM激光雷达的探测研究表明武汉上空中层大气温度结构具有以下的特点：在上平流层的温度普遍低于模式标准大气CIRA86。在武汉上空上平流层的温度明显表现出年振荡的特点。温度季节分布的年和半年扰动的幅度变化趋势与中纬地区其它激光雷达观测结果相一致。 4：通过创建波动模拟数据对分析重力波活动的方法进行了比较研究。发现在分析重力波的参数方面普罗尼方法要优于传统的方法。重力波事例研究发现重力波谱活动随时间呈现出间歇特性。重力波的幅度随衰减因子的减小而趋于稳定
肖存英[10]2009年在《临近空间大气动力学特性研究》文中研究指明临近空间大气是指20-120km的大气,是地球中高层大气的重要组成部分。临近空间大气存在着与太阳活动影响的日-地关系和低层气象变化相关的复杂耦合作用,与人类的生存和发展密切相关,对航天活动具有重要的影响,因此,对临近空间大气特性和内在机制的研究一直是各国科学家关注的领域。尤其是在近几年,临近空间的开发利用对临近空间大气的探测与研究提出了迫切的需求。在此背景下,本文选题临近空间大气动力学前沿研究,对临近空间大气进行了若干特性的分析及模式研究,主要研究内容可以概括为以下七个方面:(1)利用NCAR的二维物理模式(SOCRATES)模拟研究了临近空间大气温度和风场的气候变化特征,将模拟结果与中频雷达风场观测结果和TIMED/SABER卫星温度观测结果进行了比较,结果相互吻合。采用资料分析和模拟研究相结合的方法,利用武汉和日本中频雷达资料和SOCRATES模式,分析了中间层和低热层(MLT)大气的风场结构特性,首次利用模式模拟结果解释了北纬30oN中频雷达风场的季节变化特征,揭示了大气重力波在MLT大气结构中的重要性。(2)利用新的COSMIC GPS无线电掩星观测温度数据计算了大气重力波的位能,分析得到了低平流层大气重力波活动的全球分布特征,揭示了重力波波源和背景风场的影响,以及大气行星波的调制作用。(3)利用TIMED/SABER的温度数据,通过仿真模拟实验首次定量地分析了由于数据地方时覆盖不全造成的信号混淆对提取大气定常行星波的影响,并首次获得了20-135km全球大气定常行星波的活动特征,尤其是100-135km低热层大气行星波活动特征,发现在上中间层及低热层存在较强的大气行星波活动,分析结果对该领域的研究具有重要的意义。(4)利用ERA-40再分析风场资料,分析了中国上空平流层准零风层的特点及其随季节和地理位置的变化特征。结果指出,准零风层一般处于18~25km高度范围内,零风线所在的高度随时间和地理位置的不同稍有变化。根据准零风层随纬度的变化特征,中国上空可以分成叁个区域:低纬地区(5oN~20oN),中低纬过渡区域(20oN~32.5oN)、中高纬地区(32.5oN~55oN)。(5)分析和比较了利用卫星温度资料计算水平风场的方法,包括地转风、梯度风和平衡风的计算方法。以DAAC提供的MLS/UARS 1992年12月份的大气温度数据为例,计算了20-55km高度范围的地转风、梯度风和平衡风,并与ERA-40再分析风场资料作了对比和分析。结果显示,计算出的风场与再分析资料的特征和规律基本一致,由此表明,利用卫星温度观测资料通过理论公式进行数值计算是获取高空风特征的一种非常有效的方法,是弥补20-60km直接观测资料少的一种有效的途径。此外,利用平衡风场的计算结果,文中首次定量的计算了平衡方程中各项的大小和比值,分析了各项的贡献和相对重要性。(6)利用COSMIC资料分析得到了2007/2008年平流层爆发性增温(SSW)期间10-60km大气的变化特征,揭示了上平流层和下中间层大气(USLM)在SSW过程中西风减弱或反转、温度降低的特性,并通过波流相互作用理论从动力学方面对大气的变化特性进行了解释,结果表明, 2007/2008年SSW的发生可能是由底部超过某个临界值的行星波向上传播,与平流层与中间层的平均流相互作用引起的。此外,文中还通过热力学方程和连续性方程计算和分析了剩余环流在SSW期间的变化特性,结果显示,剩余环流在SSW期间环流圈的方向会发生反转。(7)利用TIMED/SABER 7年的观测数据建立了临近空间20-90km的大气月平均气候模式,参量包括:温度、压强、密度和水平风场。之后,利用该气候模式分析了北京、武汉、拉萨和海南临近空间大气环境的变化特性,并尝试了人工神经网络在建立中层大气气候模式中的应用,成功地构建了一个叁层的BPNN神经网络模型,反映了2007年2月份20-70km高度范围内的月平均温度结构特性,可为将来临近空间大气的建模工作提供参考。
参考文献：
[1]. 中国武汉上空钠层的激光雷达观测、特性分析及理论模拟[D]. 杨国韬. 中国科学院研究生院（武汉物理与数学研究所）. 2001
[2]. 双波长激光雷达的研制与探测研究[D]. 宋娟. 中国科学院研究生院（武汉物理与数学研究所）. 2005
[3]. 武汉上空钠层的激光雷达观测与研究[D]. 杨国韬. 中国科学院研究生院（武汉物理与数学研究所）. 2004
[4]. 武汉上空对流层大气气溶胶Raman/Mie激光雷达探测研究[D]. 张金业. 武汉大学. 2010
[5]. 纯转动拉曼—瑞利激光雷达中低空大气温度探测研究[D]. 李亚娟. 中国科学院研究生院(武汉物理与数学研究所). 2016
[6]. 热层钠及突发钠层的机制研究[D]. 班超. 中国科学技术大学. 2017
[7]. 中高层大气金属层的激光雷达观测与机制研究[D]. 王晓东. 武汉大学. 2017
[8]. 铁、钠流星尾迹的激光雷达观测研究及钠层全天时观测技术[D]. 曾令旗. 武汉大学. 2011
[9]. 武汉上空中层大气的瑞利激光雷达观测与研究[D]. 常启海. 中国科学院研究生院（武汉物理与数学研究所）. 2005
[10]. 临近空间大气动力学特性研究[D]. 肖存英. 中国科学院研究生院（空间科学与应用研究中心）. 2009