本文關(guān)鍵詞：基于熒光激光雷達(dá)探測(cè)的中高層大氣金屬層結(jié)構(gòu)及其機(jī)制研究

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【摘要】：大氣金屬層的研究經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展,取得了很多進(jìn)展,但是還有不少問(wèn)題需待解決。在大氣金屬原子離子相互轉(zhuǎn)化的前提下,如何準(zhǔn)確地從示蹤劑-大氣金屬原子濃度的變化過(guò)程中提取出動(dòng)力學(xué)參數(shù)?大氣金屬原子層突發(fā)是如何形成的?高空中是否還存在著我們不知道的金屬源及相應(yīng)的觸發(fā)機(jī)制?雖然Es中金屬離子轉(zhuǎn)化為原子的機(jī)制已逐漸占據(jù)主導(dǎo)地位,但并非所有的鈉原子突發(fā)現(xiàn)象都完全由Es形成。大氣金屬原子離子的具體化學(xué)反應(yīng)過(guò)程是什么?相應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)系數(shù)是多少?這對(duì)化學(xué)反應(yīng)過(guò)程的準(zhǔn)確估計(jì),對(duì)模型模擬有十分重要的意義。從探測(cè)角度來(lái)說(shuō),由于國(guó)內(nèi)外都主要以鈉層激光雷達(dá)為主,只有較少數(shù)的幾臺(tái)鐵、鉀、鈣激光雷達(dá),并且這幾臺(tái)激光雷達(dá)很少能做到常規(guī)觀測(cè),所以探測(cè)手段過(guò)于單一,不能為科學(xué)研究提供足夠的探測(cè)數(shù)據(jù),嚴(yán)重地限制了大氣金屬層及高層大氣的研究。子午工程激光雷達(dá)鏈的建立,為大氣金屬層機(jī)制的研究提供了有效的觀測(cè)依據(jù)。本文詳細(xì)介紹了120°E子午鏈附近子午工程三個(gè)激光雷達(dá)臺(tái)站上空鈉層突發(fā)各自的特性及相互之間的異同性。從中緯度的較高緯度到低緯度,各個(gè)臺(tái)站的鈉層突發(fā)出現(xiàn)率分別是:1 event/17 h(北京40.2°N)、1event/8 h(武漢30.5°N)、1event/5 h(�？�19.5°N),鈉層突發(fā)平均出現(xiàn)率呈現(xiàn)隨緯度遞減而遞增的趨勢(shì)。北京和海南的突發(fā)鈉層的峰值高度平均值都是約95 km,比武漢的平均值高約2 km;隨緯度遞減,鈉層突發(fā)的半寬越來(lái)越窄;各臺(tái)站鈉層突發(fā)強(qiáng)度因子的分布趨勢(shì)類似;低緯度�？谏峡这c層突發(fā)事件的平均持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)。鈉層突發(fā)出現(xiàn)率的夜間分布趨勢(shì)在個(gè)各臺(tái)站的各個(gè)季節(jié)都有所不同。通常,各個(gè)臺(tái)站鈉層突發(fā)出現(xiàn)率在夏季月份都比較大。但是在低緯度�？谏峡�,鈉層突發(fā)不呈現(xiàn)這樣的季節(jié)變化趨勢(shì),它的出現(xiàn)率最大是在1-2月份。北京和武漢兩地的鈉層突發(fā)和偶發(fā)E層的季節(jié)相關(guān)性較好,�？诘拟c層突發(fā)和偶發(fā)E層的季節(jié)相關(guān)性較差,但是�？诘呐及l(fā)E層出現(xiàn)率最大。�？谏峡张及l(fā)E層和大氣風(fēng)場(chǎng)的關(guān)系表明,低緯度鈉層突發(fā)的形成也受潮汐風(fēng)場(chǎng)和風(fēng)剪切的影響。低緯度鈉層突發(fā)的機(jī)制研究是一個(gè)值得再深入探討的方向。基于北京延慶站經(jīng)升級(jí)改造后的Na-K同時(shí)探測(cè)激光雷達(dá),我們首次詳細(xì)探討了鉀層突發(fā)的一些基本特性,并將北京上空的鉀層突發(fā)和鈉層突發(fā)的特性做了對(duì)比分析。選取的數(shù)據(jù)是2010年11月至2011年12月和2013年5月至2014年4月期間激光雷達(dá)的鈉層和鉀層數(shù)據(jù)。鉀層突發(fā)的平均出現(xiàn)率約2.9%,鈉層突發(fā)的出現(xiàn)率約5.9%。鉀層突發(fā)和鈉層突發(fā)呈現(xiàn)完全不同的季節(jié)變化。鈉層突發(fā)出現(xiàn)率最大值在6-7月份,最小值在1-2月份,而鉀層突發(fā)出現(xiàn)率最大值在1-2月份。鈉層突發(fā)出現(xiàn)率的季節(jié)變化趨勢(shì)與其他中緯度觀測(cè)站類似,但是,鉀層突發(fā)的季節(jié)變化規(guī)律不僅與鈉層突發(fā)的不同,也與Arecibo站觀測(cè)到的鉀層突發(fā)的季節(jié)變化趨勢(shì)不同。大部分鉀層突發(fā)的峰值高度在93 km左右,比鈉層突發(fā)峰值高度的平均值(95 km)低約2 km。鉀層突發(fā)半高全寬的平均值(0.9 km)比鈉層突發(fā)的(1.7 km)窄。鉀層突發(fā)強(qiáng)度因子的平均值也稍稍比鈉層突發(fā)的大;鉀層突發(fā)和鈉層突發(fā)事件的總持續(xù)時(shí)間類似,約1-3 h。但是,鉀層突發(fā)事件的生成時(shí)間大于消逝時(shí)間,鈉層突發(fā)的情況恰好與之相反。鉀層突發(fā)的峰值密度平均約是鈉層突發(fā)的1/10,但是有兩天夜間有密度很高的鉀層突發(fā)事件發(fā)生(1000 cm-3),其量級(jí)可與鈉層相比擬,前人報(bào)道的鉀層密度都在15-300 cm-3,這是首次觀測(cè)到如此之大的鉀層密度。在鉀層和鈉層同時(shí)明顯出現(xiàn)的示例中,鉀層突發(fā)事件往往需要更長(zhǎng)的時(shí)間到達(dá)峰值密度最大處。鉀層突發(fā)和鈉層突發(fā)特性的同時(shí)同地觀測(cè)會(huì)有利于不同金屬層特性形成機(jī)制的研究。低緯度�？诘拟c層突發(fā)有其特殊性,而且基于�？趦赡甑募す饫走_(dá)觀測(cè)數(shù)據(jù),發(fā)現(xiàn)了14個(gè)C-Nas事件。Clemsha[2004]指出,C-Nas與Es、波破碎和KH不穩(wěn)定都呈現(xiàn)弱相關(guān)。C-Nas與大氣風(fēng)場(chǎng)密切相關(guān):最初有一個(gè)密度增大的鈉云,水平尺度約50 km,垂直高度范圍約10 km,風(fēng)剪切擾動(dòng)作用于這團(tuán)鈉云,從而形成鈉層時(shí)間高度演化圖中顯現(xiàn)的C型結(jié)構(gòu)。但是我們的初步觀測(cè)結(jié)果顯示,C-Nas與FAI也有一定的相關(guān)性。
【關(guān)鍵詞】：Na熒光激光雷達(dá) Na-K同時(shí)探測(cè)激光雷達(dá) 鈉層突發(fā) 鉀層突發(fā) 偶發(fā)E層
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院研究生院(空間科學(xué)與應(yīng)用研究中心)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：P412.25
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-17
• 第一章 引言17-33
• 1.1 中高層大氣探測(cè)研究背景及現(xiàn)狀17-20
• 1.1.1 地球大氣17-18
• 1.1.2 中高層大氣探測(cè)18-20
• 1.2 激光雷達(dá)探測(cè)20-26
• 1.2.1 光與大氣的相互作用機(jī)制20-24
• 1.2.2 大氣探測(cè)激光雷達(dá)分類24-26
• 1.3 熒光激光雷達(dá)對(duì)大氣金屬層的探測(cè)26-30
• 1.4 本文的研究動(dòng)機(jī)和主要內(nèi)容30-33
• 第二章 子午工程中高層大氣探測(cè)激光雷達(dá)原理及反演方法33-49
• 2.1 子午工程激光雷達(dá)33-41
• 2.1.1 發(fā)射單元36-38
• 2.1.2 接收單元38
• 2.1.3 數(shù)據(jù)采集和系統(tǒng)控制單元38-41
• 2.2 大氣探測(cè)激光雷達(dá)方程41-46
• 2.2.1 激光雷達(dá)方程42-43
• 2.2.2 鈉熒光激光雷達(dá)方程和鉀熒光激光雷達(dá)方程43-46
• 2.3 探測(cè)性能與探測(cè)結(jié)果46-48
• 2.4 小結(jié)48-49
• 第三章 子午鏈鈉層突發(fā)特性及其變化規(guī)律49-74
• 3.1 鈉層突發(fā)的定義及研究意義49-50
• 3.2 鈉層突發(fā)的研究歷程及可能形成機(jī)制50-54
• 3.3 子午鏈各臺(tái)站的基本參數(shù)比較54-69
• 3.3.1 鈉層突發(fā)的基本參數(shù)54-58
• 3.3.2 鈉層突發(fā)出現(xiàn)率的夜間變化58-61
• 3.3.3 鈉層突發(fā)與Es的相關(guān)性分析61-69
• 3.4 低緯度海.站上空鈉層突發(fā)與大氣風(fēng)場(chǎng)的相關(guān)性69-72
• 3.5 討論與小結(jié)72-74
• 第四章 基于Na-K同時(shí)探測(cè)激光雷達(dá)的金屬層特性研究74-97
• 4.1 鉀層突發(fā)的定義及研究歷程74-78
• 4.2 鉀層突發(fā)的一般報(bào)道78-85
• 4.3 鉀層突發(fā)與溫度的相關(guān)性85-87
• 4.4 鉀層突發(fā)與鈉層突發(fā)的異同87-95
• 4.5 討論與小結(jié)95-97
• 第五章 低緯度復(fù)雜形態(tài)鈉層結(jié)構(gòu)的機(jī)制分析97-105
• 5.1 C型結(jié)構(gòu)97-101
• 5.2 與大氣風(fēng)場(chǎng)的關(guān)系101-103
• 5.3 與場(chǎng)向不規(guī)則結(jié)構(gòu)的關(guān)系103-105
• 第六章 總結(jié)與展望105-110
• 6.1 總結(jié)105-108
• 6.2 未來(lái)工作展望108-110
• 參考文獻(xiàn)110-121
• 作者簡(jiǎn)介121-122
• 發(fā)表/待發(fā)表文章122
• 參加學(xué)術(shù)會(huì)議122-123
• 致謝123-124

【參考文獻(xiàn)】

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中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

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