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空间中心揭示雷暴对中高层大气产生连续的剧烈扰动

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  当前,国际上利用卫星对中高层大气波动开展了大量的探测研究,它具有全球覆盖的优势,但是卫星探测无法对某一地区重力波的发生、发展和传播的物理演化过程进行观测研究。而地基探测对中高层大气波动事件演化的物理过程的研究具有独特的优势,所以地基探测具有不可替代的地位,但是地基探测的最大缺陷是覆盖范围非常有限。

  通过几年的艰苦努力,中国科学院国家空间科学中心空间天气学国家重点实验室研究员徐寄遥领导的中高层大气研究团队在我国西起新疆,东到山东,北从辽宁,南至海南,共安装了二十六台自主研制的全天空气辉成像仪,在国际上建成了第一个无缝隙的全天空气辉探测台网,该台网克服了地基探测覆盖范围小的缺陷,能够捕捉我国上空大范围的中高层大气波动的物理现象。自从2012年以来,该台网开展了长期的不间断的探测。

  利用该探测台网的观测,徐寄遥等人集中研究了我国北方地区从2012年至2014年雷暴引起的中高层大气强烈的扰动事件。

  首先,他们利用全天空气辉探测台网的探测结合全球雷电定位探测数据以及大气不稳定特性,对三年的雷暴引起的中高层大气强烈扰动事件进行了比较分析,研究发现与2012年和2014年相比,2013年夏季78月间连续发生强烈的雷暴事件非常独特,全天空气辉探测台网的探测表明这些雷暴事件对中高层大气产生了连续的剧烈扰动。

  然后,他们利用无缝隙的全天空气辉探测台网的探测,并结合我国的FY-2卫星、美国的AIRS/Aqua VIIRS/Suomi NPP的卫星探测数据,对2013年夏季我国北方地区雷暴产生的中高层大气强烈扰动的典型事件开展了从对流层、平流层到中间层/低热层立体的详细探测研究。图1给出了全天空气辉探测台网对2013813日夜间雷暴产生的环形重力波事件演化过程的无缝隙探测结果。研究发现,重力波可以通过波导的作用水平传播上千公里。图2给出了对201389日夜间雷暴事件产生重力波的卫星和地基全天空气辉台网的立体的联合探测结果。这次事件是由多个强烈的雷暴诱发,研究发现由此产生的重力波比单一雷暴事件产生的波动要强烈得多,并且在上千公里的范围内产生从大尺度到小尺度的各种尺度的波动,研究表明强烈的大气波动的破碎是产生小尺度波动乃至湍流的主要诱因。在文章中他们还将气辉探测台网的观测数据制成影片资料,展示了无缝隙台网观测的环形重力波事件的完整演化过程。

  这一研究成果近日发表在美国地球科学学会(AGU)学术期刊JGRAtmospheres上。

  论文:Jiyao Xu, Qinzeng Li, Jia Yue, Lars Hoffmann, William C. Straka III, Cuimei Wang, Mohan Liu, Wei Yuan, Sai Han, Steven D. Miller, Longchang Sun, Xiao Liu, Weijun Liu, Jing Yang, BaiqiNing, Concentric gravity waves over Northern China observed by an airglow imager network and satellites. Journal of Geophysical Research: Atmospheres, DOI: 10.1002/2015JD023786  

  论文链接

 

  图1. 全天空气辉台网对2013813日夜间环形重力波事件的探测。(a) 22:00 LT的探测结果,(b) 01:52LT的探测结果。

 

  图2. 北京时时彩201389日夜间雷暴事件产生重力波的立体观测:(a) Sumi NPP/VIIRS 卫星对中层顶区的探测(~87公里);(b) 无缝隙的全天空气辉探测台网的探测结果(北京时时彩~87公里);(c)Aqua/AIRS卫星对平流层的探测结果~40公里);(d) 我国FY-2卫星对对流层雷暴的探测结果(~10公里)。