基于高分辨率无线电探空仪的大气湍流研究

论文摘要

大气湍流对于大气动力学研究有着很重要的意义。但由于湍流在时间以及空间域的剧烈变化,大气湍流的探测难度较大,一般只能进行统计分析。基于高分辨率无线电探空仪的Thorpe sort分析为湍流的统计分布提供了一个独特的视角。本文利用广泛分布的美国高分辨率无线电探空数据,对从2 km到30 km高度范围内的湍流的统计分布进行了系统的分析。本文的工作主要分为三部分,第一部分主要是从统计上证明Thorpe sort方法在大气湍流研究的可行性,并得出Thorpe分析中所涉及的参数的最佳预测值。第二部分是通过对单站点Miramar Nas(32.8° N,117.1° W)的个例分析,对湍流的统计学分布,以及湍流、惯性重力波、与局地不稳定性之间的关系进行较为详细的分析,借此辨明湍流的形成和变化机制。第三部分主要是通过对广泛分布的高分辨率无线电探空仪的数据进行统计分析,得出湍流随着纬度以及地形分布。本文主要的结果如下:1.用蒙特卡洛模拟的方法,证明了Thorpe sort方法在大气湍流的统计分析的可行性,并且建议Thorpe sort可以用在不同纬度的湍流分析中。2.统计分析在大量样本数的情况下,与模拟结果在所有高度上保持很高的比例关系,并且我们建议Thorpe length与Ozmidov scale比例的平方为0.54。3.惯性重力波在大气湍流活动中的作用,主要是表现为:传播的重力波,可以促进动力学不稳定性,尤其是在对流层中部,从而促进湍流的发生。其次,重力波也有可能在对流层顶部区域破碎成湍流,因而重力波活动在这个高度范围内也是湍流的一个重要激发源。4.湍流在不同的纬度,从对流层的底部到对流层顶区域的变化趋势较为一致。具体变化趋势为:在对流层底部,一般会有少量或者一些很强的湍流形成,之后在低对流层形成一个最弱的湍流层,其次在对流层中部有一个增强。5.湍流耗散率在中纬有明显的季节性变化特征,而在低纬和高纬的季节性变化特征较弱。在所有的纬度上,湍流耗散率都满足对数正态分布的特征。6.湍流的强度以及变化的幅度,很大程度上受到下垫面的影响。

论文目录

摘要

Abstract

绪论

第一章大气湍流及其探测

1.1 大气湍流

1.2 大气湍流探测技术

1.2.1 无线电探空仪

1.2.1.1 探空仪简介

1.2.1.2 高分辨率探空数据反演方法

1.2.2 其他探测设备

第二章 Thorpe sort在大气湍流分析的可行性分析与验证

2.1 引言

2.2 数据简介

2.3 Thorpe排序方法介绍及噪声估计

2.3.1 Thorpe方法简介

2.3.2 探测噪声估算与处理

2.3.3 个例分析

2.4 可行性验证

2.4.1 背景大气与不稳定性

2作为常数'> 2.4.2 c²作为常数

2作为对数分布的变量'> 2.4.3 c²作为对数分布的变量

2.5 本章小结

第三章湍流的季节和高度变化

3.1 引言

3.2 数据与方法

3.3 背景大气与湍流参数

3.4 重力波活动

3.5 本章小结

第四章湍流随纬度与地形的变化

4.1 引言与数据方法

4.1.1 引言

4.1.2 数据与方法

4.2 背景大气与湍流分布

4.2.1 背景大气与不稳定性

4.2.2 耗散率的纬度分布

4.3 湍流的地图分布

4.3.1 耗散率的地图分布

4.3.2 耗散率与长波辐射的可能关系

4.4 和其他探测手段的对比

4.4.1 和已有探测在不同纬度的对比

4.4.2 与飞行报告的湍流报告对比

4.4.2.1 飞行数据简介

4.4.2.2 和无线电探空仪的对比

4.5 本章小结

第五章总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

攻博期间的科研成果目录

致谢

文章来源

类型: 博士论文

作者: 张健

导师: 张绍东

关键词: 分析,湍流耗散率,重力波,纬度分布,局地不稳定性,高分辨率无线电探空仪

来源: 武汉大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 气象学,气象学

单位: 武汉大学

分类号: P412.23;P425.2

总页数: 94

文件大小: 4515K

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