北極地區低平流層慣性重力波的觀測研究
摘要：南極地區重力波活動有大量報道,相對而言,北極地區重力波的研究還很少.本文利用極區Ny-Alesund站點(78.9°N,11.9°E)無線電探空儀從2012年4月1日到2017年3月31日共5年的觀測數據,統計分析了北極地區低平流層慣性重力波的特征.觀測顯示,月平均緯向風在20km以下盛行東向風,再隨著高度增加,逐漸呈現出半年振蕩現象.對流層頂高度在5~13km范圍內變化,其月平均高度顯示出年循環,最高出現在夏季,約為10km,最低出現在冬季,約為8.5km.對流層和低平流層月平均溫度都顯示出明顯的年周期變化,這與中低緯度觀測結果有所不同.結合Lomb-Scargle譜分析和矢端曲線方法,估算了準單色慣性重力波參數.個例研究表明,低平流層慣性重力波呈現出遠離源區的自由傳播性質.統計結果顯示,慣性重力波的水平和垂直波長分別集中在50~450km和1~4km范圍內,本征頻率集中在1~2.5倍慣性頻率間,這些值都比中低緯度觀測值稍小.垂直方向本征相速度主要集中在-0.3~0m·s^-1,而緯向和經向本征相速度集中在-40~40m·s^-1之間.在5年的觀測中,大約91.5%的慣性重力波向上傳播.在冬季和早春,由于極地平流層極渦活動,激發出向下傳播的慣性重力波,因此,向下傳播的比例上升到相應月份的20%左右.由于低層大氣盛行的東向風的濾波效應,低平流層大部分慣性重力波向西傳播.波能量呈現出明顯的年周期變化,最大值在冬季、最小值在夏季,與北半球中低緯度觀測結果一致,表明北半球重力波活動普遍冬季強、夏季弱.
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