熱層是地球大氣層中的一層,由于受到太陽輻射、重力波和各種超高速帶電粒子流等外界能量的共同作用,熱層中存在著復雜的耦合過程和動力學過程。熱層大氣風場是用來研究熱層特性的一個重要參量,但相比于其他大氣參量的廣泛研究,熱層大氣風場的研究則相對較少。本文對熱層大氣風場的國內(nèi)外發(fā)展狀況進行了概括,并對熱層大氣風場探測手段之一的法布里-珀羅干涉儀(Fabry-Perot Interferometer,FPI)的基本測量原理以及掃描式FPI和全天空式FPI設(shè)備結(jié)構(gòu)、圖像數(shù)據(jù)處理和水平風場反演算法進行了說明�；谖錆h大學自主研發(fā)的掃描式FPI和全空式FPI采集到的有效風場數(shù)據(jù),對熱層大氣風場進行統(tǒng)計分析,并簡單分析了太陽輻射、地磁活動和離子拖曳等方面對熱層中性風場的影響。根據(jù)2016年間廊坊站掃描式FPI對OI557.7nm觀測的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),以14:00UT-20:00UT為統(tǒng)計分析時段,分別從風場的月變化特征、季節(jié)變化特征對熱層水平風場進行分析,并都與同時段的HWM07水平風場經(jīng)驗?zāi)Ｊ竭M行對比。分析表明:(1)經(jīng)向風場在1月、2月、10月、12月以南向風為主,其他月份的風場則是從南向風轉(zhuǎn)為北向風;緯向風場在大部分的月份呈東向風,所有風速幅值均不超過30m/s。(2)熱層風場隨著季節(jié)的變換也表現(xiàn)出不同的形態(tài)。在與2013-2015年廊坊站風場特征對比時也有較好的相似性。根據(jù)北極黃河站全天空式FPI在2014年至2017年越冬期間對OI557.7nm觀測的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),以北向水平風和東向水平風的形式分別統(tǒng)計分析了熱層水平風場。結(jié)果表明在在大部分的統(tǒng)計天數(shù)內(nèi),熱層水平風場變化都較為平穩(wěn),風場特征具有長時間的一致性,風速幅值都基本在100m/s以內(nèi)。在個別月份如2015年12月的水平風場無論在北向還是東向均在12月12日前后發(fā)生了劇烈變化;2016年12月25日和26日的風場行為比前后時間表現(xiàn)的更為突出,風速幅值最高達到152m/s;2017年1月的北向水平風和東向水平風在所有統(tǒng)計天數(shù)內(nèi)均表現(xiàn)的都非常劇烈。本文選取夏至日和冬至日前后三天的風場數(shù)據(jù)來分析太陽輻射對中緯度地區(qū)熱層中性風場的影響;以2016年12月25日和12月26日的水平風場行為特征來分析地磁活動對高緯度地區(qū)熱層中性風場的影響;以極光亞暴事件為背景,結(jié)合EISCAT雷達和SuperDARN給出的離子漂移速度數(shù)據(jù)來分析離子拖曳對熱層中性風場的影響。結(jié)果表明日照輻射對于中緯度地區(qū)的熱層風場有顯著的影響;在地磁活躍期產(chǎn)生極光亞暴的情況時,風速變化劇烈且往往風速是垂直于極光弧的;由帶電粒子和中性粒子碰撞耦合而產(chǎn)生的離子拖曳對熱層中性風場的變化有不小的影響。
【學位單位】：武漢大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2017
【中圖分類】：TK81
【部分圖文】：

逡逑區(qū)域上空中間層和低熱層水平風場的平均變化特征。圖１．２為１９９９－２０００兩年的逡逑年平均經(jīng)、緯向風場。其中實線表示緯向風場，虛線代表經(jīng)向風場，煒向以東逡逑為正，經(jīng)向以北為正。逡逑Ａｎｎｕｄ邋Ｍｅａｎ邋ｗｉｎｄｓ邋ａｔ邋Ｐｏｋｅｒ邋Ｆｌａｔ邋，邐￣邐￣逡逑腳－sE邐ｉｔ：口逡逑＿邐Ｍｅｒｉｄｉｃｘｖ＾邋（１９９９）逡逑ＩＣＫ＾－邐－￣Ｊｋ－邋ＭｅＪｉｄｌｏｒ＾邋（２０００）逡逑ｔ邋％邐、邐邐邐逡逑Ａ邋９逡逑４邋Ａ＇邋＾逡逑？９０逡逑Ａ－逡逑ｔ邋／邋；＇邐Ｔ：；逡逑１邋１邋＼邋ｕ逡逑＇Ｏ邐▲邐失－逡逑＂、．Ｉ逡逑Ａ邋＾逡逑Ａ＊邋６ｂ＾邐、、逡逑；邐１邋ｉ邐１邋Ｉ邋！邐！邐１邋ｉ邐＇邐＇邐＿＋邐＇邐１邋ｉ逡逑－１５邐－１０邐－ＳＯ邐５邐１０邐１５邐２０逡逑Ｖｅｌｏｃｉｔｙ邋（ｍ／ｓ）逡逑圖１．２邋１９９９－２０００年不同高度下的年平均經(jīng)、緯向風逡逑由圖１．２可以看到，年平均經(jīng)向風場在所有高度下都基本為南向風，１９９９逡逑年平均緯向風在６８ｋｍ－８８ｋｍ范圍內(nèi)為西向風，在６８ｋｍ以下和８８ｋｍ以上的范逡逑圍為東向風，２０００年平均緯向風在６０ｋｍ－９０ｋｍ范圍內(nèi)為西向風，在６０ｋｍ以下逡逑和９０ｋｍ以上的范圍為東向風。逡逑２００６年，Ｙｕ．Ｉ．Ｐｏｒｔｎｙａｇｉｎ等利用位于德國、俄羅斯和加拿大的三個觀測站逡逑采集的數(shù)據(jù)分析了中緯度熱層／低熱層風場［２２］。借助１９９６－２００４年間的數(shù)據(jù)

逡逑區(qū)域上空中間層和低熱層水平風場的平均變化特征。圖１．２為１９９９－２０００兩年的逡逑年平均經(jīng)、緯向風場。其中實線表示緯向風場，虛線代表經(jīng)向風場，煒向以東逡逑為正，經(jīng)向以北為正。逡逑Ａｎｎｕｄ邋Ｍｅａｎ邋ｗｉｎｄｓ邋ａｔ邋Ｐｏｋｅｒ邋Ｆｌａｔ邋，邐￣邐￣逡逑腳－sE邐ｉｔ：口逡逑＿邐Ｍｅｒｉｄｉｃｘｖ＾邋（１９９９）逡逑ＩＣＫ＾－邐－￣Ｊｋ－邋ＭｅＪｉｄｌｏｒ＾邋（２０００）逡逑ｔ邋％邐、邐邐邐逡逑Ａ邋９逡逑４邋Ａ＇邋＾逡逑？９０逡逑Ａ－逡逑ｔ邋／邋；＇邐Ｔ：；逡逑１邋１邋＼邋ｕ逡逑＇Ｏ邐▲邐失－逡逑＂、．Ｉ逡逑Ａ邋＾逡逑Ａ＊邋６ｂ＾邐、、逡逑；邐１邋ｉ邐１邋Ｉ邋！邐！邐１邋ｉ邐＇邐＇邐＿＋邐＇邐１邋ｉ逡逑－１５邐－１０邐－ＳＯ邐５邐１０邐１５邐２０逡逑Ｖｅｌｏｃｉｔｙ邋（ｍ／ｓ）逡逑圖１．２邋１９９９－２０００年不同高度下的年平均經(jīng)、緯向風逡逑由圖１．２可以看到，年平均經(jīng)向風場在所有高度下都基本為南向風，１９９９逡逑年平均緯向風在６８ｋｍ－８８ｋｍ范圍內(nèi)為西向風，在６８ｋｍ以下和８８ｋｍ以上的范逡逑圍為東向風，２０００年平均緯向風在６０ｋｍ－９０ｋｍ范圍內(nèi)為西向風，在６０ｋｍ以下逡逑和９０ｋｍ以上的范圍為東向風。逡逑２００６年，Ｙｕ．Ｉ．Ｐｏｒｔｎｙａｇｉｎ等利用位于德國、俄羅斯和加拿大的三個觀測站逡逑采集的數(shù)據(jù)分析了中緯度熱層／低熱層風場［２２］。借助１９９６－２００４年間的數(shù)據(jù)

年成功研制出國內(nèi)首臺車載雙通道掃描式ＦＰＩ，且成功同時觀測到ＯＩ５５７．７ｎｍ逡逑和ＯＩ６３０．０ｎｍ兩個波段的氣輝輻射并獲得對應(yīng)的干涉圖像，并在２０１１年研制出逡逑全天空式ＦＰＩ，并送往北極展開對高緯度地區(qū)熱層風場的越冬觀測［３８４（）］。圖１．５逡逑為武漢大學自制掃描式ＦＰＩ與全天空式ＦＰＩ實物圖。逡逑．＾邋ｗｍ逡逑圖１．５掃描式ＦＰＩ邋（左）和全天空式ＦＰＩ邋（右）實物圖逡逑風場統(tǒng)計分析也是熱層大氣風場研究的重要一部分，我國在此方面也做了逡逑大量的研究。２００５年，張冬Zm等人［４１］利用武漢和日本兩地的中頻雷達探測數(shù)據(jù)逡逑對北yN３０°Ｎ地區(qū)中高層大氣風場進行了分析，結(jié)果表明經(jīng)、緯向平均風場具有逡逑明顯的季節(jié)性變化特征。２０１０年中科院空間中心從國外引進了一臺三通道掃描逡逑式ＦＰＩ用來探測輻射高度為８７，８９和２５０ｋｍ的ＯＨ８９２．０ｎｍ，邋ＯＩ５５７．７ｎｍ，和逡逑ＯＩ６３０．０ｎｍ的氣輝，袁椌等［４２］利用該ＦＨ觀測得到４月５日－５月１２日期間的數(shù)逡逑據(jù)處理得到了相應(yīng)區(qū)域內(nèi)的經(jīng)、緯向風場數(shù)據(jù)，并與水平風場經(jīng)驗?zāi)Ｊ剑龋祝停梗冲义陷敵龅娘L場數(shù)據(jù)相比較，結(jié)果如圖１．６所示�？梢钥吹接^測的ＯＨ８９２．０ｎｍ和逡逑ＯＩ５５７．７ｎｍ氣輝風場數(shù)據(jù)在風速和風向的變化上與ＨＷＭ９３模式之間有較好的逡逑一致性

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 黃聰;余濤;張效信;王勁松;吳謙;李陶;宗位國;敦金平;崔迎計;;中國山西地區(qū)法布里-珀羅干涉儀測風能力及數(shù)據(jù)質(zhì)量檢驗[J];空間科學學報;2015年06期

2 石大蓮;馮玉濤;張耿;李勇;白清蘭;汶德勝;;風場探測Fabry-Perot干涉儀定標與反演算法研究[J];光子學報;2015年08期

3 Guoyuan Hu;Yong Ai;Yange Zhang;Hong Zhang;Jue Liu;;First scanning Fabry Perot interferometer developed in China[J];Chinese Science Bulletin;2014年Z1期

4 熊波;張燕革;艾勇;張虹;劉玨;;北極黃河站極光亞暴期間低熱層大氣中性風研究[J];空間科學學報;2013年06期

5 凌超;陳澤宇;陳洪濱;;東經(jīng)120°E中間層和低熱層緯向風結(jié)構(gòu)及變化特征[J];物理學報;2012年24期

6 汪麗;周毅;華燈鑫;王萌;;基于法布里-珀羅干涉儀的大氣風場及溫度場探測理論研究及仿真[J];光學學報;2011年10期

7 袁椺;徐寄遙;馬瑞平;吳謙;姜國英;高紅;劉曉;陳孫征;;我國光學干涉儀對中高層大氣風場的首次觀測[J];科學通報;2010年35期

8 徐麗;胡雄;程永強;郭商勇;閆召愛;Xinzhao Chu;;鈉多普勒激光雷達回波光子數(shù)仿真及大氣參數(shù)反演[J];地球物理學報;2010年07期

9 李浩;張燕革;;模擬大氣風場及其數(shù)據(jù)處理技術(shù)的研究[J];應(yīng)用光學;2009年02期

10 徐麗;胡雄;閆召愛;程永強;郭商勇;;鈉多普勒激光雷達大氣參數(shù)反演方法[J];紅外與激光工程;2009年01期

本文編號：2815632