【摘要】：大氣參數(shù)時(shí)空分布在大氣輻射傳輸計(jì)算、光學(xué)工程大氣影響評(píng)估和矯正等方面有著重要的應(yīng)用價(jià)值,研究中高層大氣參數(shù)的時(shí)空分布特性對(duì)于確定高空大氣的動(dòng)力學(xué)和能量收支以及低軌道衛(wèi)星的空間環(huán)境評(píng)估等都具有重要意義。本文在總結(jié)了國(guó)內(nèi)外中高層大氣參數(shù)時(shí)空分布研究的基礎(chǔ)上,開展了利用長(zhǎng)期積累的探空數(shù)據(jù)集對(duì)全球?qū)α鲗禹斀Y(jié)構(gòu)的時(shí)空變化研究,以及利用長(zhǎng)期衛(wèi)星觀測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)臨近空間大氣溫度、臭氧的時(shí)空分布研究和熱層一氧化氮紅外輻射冷卻率的全球分布研究。發(fā)現(xiàn)了中高層大氣參數(shù)長(zhǎng)期變化的一些新規(guī)律,主要研究成果如下:(1)通過對(duì)全球海量探空廓線數(shù)據(jù)的分析研究,我們獲得了全球?qū)α鲗禹敻叨群蜏囟鹊臅r(shí)空分布特性和變化趨勢(shì)。全球?qū)α鲗禹敻叨日w抬升率是～220米/十年,而全球?qū)α鲗禹敎囟鹊氖曜兓适?0.60K/十年。全球各緯度帶的對(duì)流層頂高度變化率在緯度分布上呈現(xiàn)“U”型分布。全球各緯度帶對(duì)流層頂溫度都呈現(xiàn)長(zhǎng)期變冷的趨勢(shì),且對(duì)流層頂溫度的十年變化率在高緯度比中緯度和低緯度小。研究結(jié)果表明高緯度和低緯度間的對(duì)流層頂高度之差逐年縮小;而高緯度和低(或中)緯度間的對(duì)流層頂溫度之差逐年擴(kuò)大。(2)通過對(duì)SABER數(shù)據(jù)集中溫度廓線的分析研究,我們獲得了臨近空間大氣溫度在高度和緯度上的分布特性,以及太陽11年周期活動(dòng)對(duì)臨近空間各高度層大氣溫度長(zhǎng)期變化趨勢(shì)的影響情況。臨近空間大氣溫度在南北半球緯度分布上基本是對(duì)稱的。65km以上大氣溫度年際變化與太陽11年活動(dòng)周期是顯著相關(guān),且大氣溫度對(duì)太陽活動(dòng)的響應(yīng)幅值基本上是隨著高度的增加而逐漸遞增。中間層頂溫度以及對(duì)太陽活動(dòng)的響應(yīng)值在緯度分布上都呈現(xiàn)“V”型分布;響應(yīng)值的標(biāo)準(zhǔn)差在緯度分布上呈現(xiàn)“W”型分布,而它們間的相關(guān)系數(shù)呈現(xiàn)“M”型分布;研究結(jié)果表明中間層頂各緯度帶溫度對(duì)太陽活動(dòng)響應(yīng)的波動(dòng)大小取決于它們?cè)谠摼暥葞?duì)應(yīng)的相關(guān)系數(shù)大小,相關(guān)系數(shù)越小,波動(dòng)幅度越大,反之亦然。(3)通過對(duì)SABER數(shù)據(jù)集中臭氧廓線數(shù)據(jù)的分析研究,結(jié)果顯示中間層頂不僅是臨近空間大氣溫度的極小值區(qū)域,也是臭氧混合比的極大值區(qū)域。SABER觀測(cè)結(jié)果進(jìn)一步驗(yàn)證了南北兩極地區(qū)上空臭氧洞的存在,且南極地區(qū)臭氧空洞比北極上空的大。臨近空間臭氧在緯度帶分布上基本是南北半球?qū)ΨQ,而其對(duì)太陽11年周期活動(dòng)的響應(yīng)是南北半球不對(duì)稱的,尤其在中間層頂區(qū)域的響應(yīng)值基本上從南極地區(qū)向北極地區(qū)遞減。全球中間層頂臭氧的年際變化與太陽輻射、氧原子、大氣溫度的長(zhǎng)期變化是強(qiáng)相關(guān)的,而與氫原子的長(zhǎng)期變化是不相關(guān)的。(4)通過對(duì)SABER數(shù)據(jù)集中NO紅外輻射冷卻率數(shù)據(jù)的分析處理,我們給出了 NO輻射冷卻率在熱層(高度100km～280km,時(shí)間2002～2016)的時(shí)空變化過程。結(jié)果顯示NO輻射冷卻率以及對(duì)太陽和地磁活動(dòng)的響應(yīng)幅值在南北半球緯度分布上基本都是對(duì)稱的,且熱層NO冷卻率的長(zhǎng)期變化在100～225 km高度間和太陽11年周期變化一致;地球的地磁活動(dòng)對(duì)100～190 km高度的NO冷卻率年際變化有顯著影響。太陽活動(dòng)和地磁活動(dòng)對(duì)NO紅外輻射冷卻率變化的影響不同之處主要體現(xiàn)在:在同一高度層太陽活動(dòng)對(duì)NO冷卻率的影響是隨著緯度的增加而減少,而地磁活動(dòng)對(duì)NO冷卻率的影響是隨著緯度的增加而增加。該研究首次獲得了地球熱層的NO冷卻率對(duì)太陽活動(dòng)以及地磁活動(dòng)的響應(yīng)系數(shù)及其隨高度和緯度的空間分布規(guī)律。
【圖文】：

站點(diǎn)探空數(shù)據(jù)進(jìn)行了嚴(yán)格的質(zhì)量控制（Ｄｕｒｒｅｅｔａｌ．，２００６，２００８），并建立了系統(tǒng)每逡逑天自動(dòng)更新追加新的探空廓線數(shù)據(jù)，且對(duì)全球用戶提供免注冊(cè)免認(rèn)證的ＦＴＰ在線逡逑數(shù)據(jù)下載服務(wù)。圖２．１中星型標(biāo)注出了邋ＩＧＲＡ中２６５２個(gè)探空站點(diǎn)的全球經(jīng)緯度分布逡逑情況，因?yàn)橛胁糠痔娇照军c(diǎn)在可移動(dòng)船上或浮標(biāo)上，經(jīng)緯度不固定，圖２．１中沒逡逑有標(biāo)出這些站點(diǎn)。由圖可以看出ＩＧＲＡ中的站點(diǎn)覆蓋了全球范圍，但全球分布不逡逑均勻，其中亞洲、歐洲以及美國(guó)的站點(diǎn)較密，南極洲、加拿大以及俄羅斯北部的逡逑站點(diǎn)分布較稀疏。逡逑￣７，－：二邐＾邐！逡逑…＊丨＾逡逑圖２．１．邋ＩＧＲＡ中探空站點(diǎn)的全球經(jīng)緯度分布情況逡逑ＮＣＤＣ目前提供的最新探空數(shù)據(jù)集版本是ＩＧＲＡ邋２，ＩＧＲＡ邋２版本從２０１６年８月逡逑下旬起從測(cè)試狀態(tài)進(jìn)入完全運(yùn)行狀態(tài)，并替代之前版本ＩＧＲＡ邋１邋（Ｄｕｒｒｅ，邋２０１６）。逡逑而ＩＧＲＡ邋１版本數(shù)據(jù)現(xiàn)在還在繼續(xù)提供給全球用戶在線下載服務(wù)，但是ＩＧＲＡ邋１版逡逑本數(shù)據(jù)不在提供更新

ＳＡＢＥＲ探測(cè)儀大約每５８秒掃描地球大氣１次，獲取大約１５？２８０千米的大氣參逡逑數(shù)數(shù)據(jù)，探測(cè)的大氣成分主要有大氣溫度（１５？１１０ｋｍ）、臭氧（２０？１１０ｋｍ）、一氧化逡逑氮紅外輻射（１００？２８０ｋｍ）、二氧化碳、原子氧、氣輝等。圖２．２是ＳＡＢＥＲ探測(cè)儀對(duì)逡逑全球大氣進(jìn)行連續(xù)掃描的示意圖（操文祥，２０１２）。ＳＡＢＥＲ繞地球一周約１．６小時(shí)，逡逑每天繞地球約１５圈。在每一次軌道運(yùn)行中，ＳＡＢＥＲ探測(cè)儀掃描范圍從主半球的逡逑？８３°到副半球的？５３°，大約６０天左右交換一次主副半球（即一個(gè)掃描周期），周而逡逑復(fù)始，輪流在８３°Ｓ？５３°Ｎ或５３°Ｓ？８３°Ｎ之間進(jìn)行掃描觀測(cè)。因此，在５３°Ｎ？８３°Ｎ逡逑和５３°Ｓ？８３°Ｓ的范圍內(nèi)，一年中實(shí)際上只有６個(gè)月的觀測(cè)時(shí)間有數(shù)據(jù)。而高于？８４。逡逑緯度范圍的兩極地區(qū)，ＳＡＢＥＲ探測(cè)儀是掃描不到的，所以在８４°Ｎ？９０°Ｎ和８４°Ｓ？逡逑９０°Ｓ的范圍內(nèi)沒有觀測(cè)數(shù)據(jù)。逡逑＿逡逑圖２．２．邋ＳＡＢＥＲ探測(cè)儀對(duì)全球大氣進(jìn)行連續(xù)掃描的示意圖，，圖中掃描周期是５３°Ｓ？８３°Ｎ，實(shí)心逡逑箭頭代表上升軌道
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：P35

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本文編號(hào)：2704847