重力波参数化及其用于研究低纬地区大气振荡和中部地区大气结构

目前广泛应用于各种GCM中重力波参数化格式实质上是一维格式[Fritts and Alexander, 2003]，由于缺乏定量的理解，没有对重力波的反射和透射现象恰当参数化，没有考虑背景场的水平方向非均匀性对波传播的各种效应，没有对波波相互作用现象参数化。根据项目申请人近几年的研究成果，将实现重力波这些重要传播效应参数化，将参数化格式扩展到二维。数值实现重力波参数化方案，将其应用于低纬地区平流层及中间层大气环流准两年振荡和半年振荡的研究。结合卫星和无线电探空仪观测数据，辨明重力波在振荡形成及其纬度变化中的作用，分析平流层振荡与中间层振荡相互耦合相互影响的机制和过程。结合激光雷达对中高层大气长期观测数据，利用重力波参数化方法，探究中国中部地区重力波效应在中高层大气结构和变化中的作用，为建立我国中高层大气模式提供有益的探索。

在GCM中，无法直接计算中小尺度的重力波，重力波的效应必须参数化。关于重力波的参数化，目前存在两个明显的问题。一是参数化格式本身，由于缺乏定量理解，对重力波的反射和透射以及波波相互作用等重要过程还不能参数化，二是在参数化中，对重力波的谱结构和强度的选择具有很大的随意性，致使参数化后的驱动力可能会相差数倍，其主要原因是由于复杂性，观测还无法提供较具体的重力波谱结构和强度。因此，在该项目研究中，从观察上，深入分析了重力波的波长、频率、振幅等参数的统计分布特征、以及参数的纬度变化和季节变化特征；分析了重力波、开尔文波对背景大气的驱动力，及其对驱动大气振荡中的相对贡献；分析了重力波、行星波以及大气振荡的活动特征。结合数值模式和观测，定量研究了重力波和行星波与背景大气间的相互耦合；研究了重力波、行星波的非线性相互作用的特征，揭示了波波相互作用中波谱变化特征和波能量交换的特性。在此基础上，简化重力波的反射和透射系数以及相互作用中波能量交换强度的条件下，实现了重力波的反射和透射以及波波相互作用现象。自主建立了大气环流动力学模式；利用该模式，结合重力波和行星波参数化的驱动力，模拟了热带地区平流层大气环流的准两年震荡（QBO）和半年振荡（SAO）现象，数值结果与实际观察的QBO和SAO的周期、强度以及高度一致。研究结果有助于建立我国自主的中高层大气模式。在项目研究期间，以第一作者，发表论文SCI论文8篇，以合作作者以及指导研究生发表国内外SCI论文11篇，另有2篇论文在审稿中。

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