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青藏高原上空重力波的观测和模拟分析

作　者: 张灵杰
导　师: 林永辉
学　校: 中国气象科学研究院
专　业: 气象学
关键词: 重力波青藏高原观测分析数值模拟
分类号: P312
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

本文通过对中日JICA项目期间在改则和理塘站观测得到的GPS探空资料进行分析研究,得到了青藏高原上空重力波的一些统计特征:分析得到的重力波的波源可以在对流层低层,也可以在对流层高层,两种情况的波源同等重要;改则和理塘站重力波的固有频率主要集中在1.5～3.5倍的科氏参数,垂直波长主要位于1.5～2.5 km范围,两者的地理差异不明显;改则站的重力波的水平传播方向主要指向偏西、偏东和东南这三个方向,理塘站的重力波则主要向偏北、西北、西南、东南和偏东这五个方向传播。同时,利用甘孜站垂直高分辨率的L波段探空资料和中尺度模式MM5,对发生在2008年5月中旬青藏高原复杂地形上空对流层内的一次重力波事件进行了分析研究。观测分析结果表明:重力波的垂直波长约为2.7 km,水平波长约为104 km,固有频率约等于4 f ,相当于固有周期6.5 h左右,固有波速约为4.5 m/s,水平传播方向约为182.2°,向偏西方向传播,重力波能量在垂直传播方向上向上传播。中尺度模式MM5的模拟分析结果显示:(1)中尺度模式MM5较成功地模拟出了青藏高原复杂地形上空对流层的重力波,模拟得到的重力波波动特性与观测结果非常一致。(2)重力波在2008年5月12日16时开始产生至2008年5月13日03时基本消亡,前后共持续约11个小时,波动在波传播方向上具有准静止性,但相对于基本流,波动向上游传播,由东北指向西南。(3)在整个演变过程中,重力波波动能量主要集中在对流层低层,波能主要向上传播。在波动发展阶段(2008年5月12日21时之前),重力波在垂直剖面上的波阵面方向有随高度斜向上游、随高度斜向下游和近似垂直于地面这三种方向共存,但随着波动的发展,波阵面方向最后变成一致地随高度向上游倾斜,这说明重力波波动能量在整个演变过程中并不都是一致向上传播的,而是在波动的发展初期存在波能向下传播。(4)重力波的纬向扰动风﹑经向扰动风和扰动位温在水平方向上的配置结构与惯性重力波的线性理论差别较大,但在垂直方向上与线性理论比较一致。(5)地形主要指甘孜及其周边地区的地形是重力波产生的重要机制。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-6
目录  6-8
第一章引言  8-14
  1.1 大气重力波的研究进展  8-11
  1.2 中尺度数值模式MM5 简介  11-12
  1.3 本文研究的意义、内容和方法  12-14
第二章青藏高原上空重力波的观测分析  14-24
  2.1 观测分析Ⅰ  14-21
    2.1.1 资料介绍  14-15
    2.1.2 分析方法  15
    2.1.3 分析结果  15-21
  2.2 观测分析Ⅱ  21-23
    2.2.1 资料介绍  21
    2.2.2 分析方法  21-22
    2.2.3 分析结果  22-23
  2.3 本章小结  23-24
第三章 08 年青藏高原复杂地形上空一次重力波事件的数值模拟研究  24-45
  3.1 资料介绍  24
  3.2 天气形势分析  24-27
  3.3 模式方案设计  27-28
  3.4 模拟结果检验  28-31
    3.4.1 天气形势的模拟  28-29
    3.4.2 地面降水的模拟  29-30
    3.4.3 大气垂直廓线的模拟  30-31
  3.5 重力波的波动特性  31-37
  3.6 重力波的发展演变过程与结构特征  37-43
  3.7 本章小结  43-45
第四章敏感性试验研究  45-51
  4.1 模拟时间的敏感性试验  45-46
  4.2 初始场的敏感性试验  46-48
  4.3 网格分辨率的敏感性试验  48-50
  4.4 本章小结  50-51
第五章重力波的产生机理研究  51-58
  5.1 模式方案设计  53
  5.2 结果分析  53-57
  5.3 本章小结  57-58
第六章结论与讨论  58-60
  6.1 主要结论  58-59
  6.2 讨论  59-60
参考文献  60-64
致谢  64-65
个人简介  65

青藏高原上空重力波的观测和模拟分析

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