極區(qū)平流層爆發(fā)性增溫事件(Stratospheric Sudden Warming,SSW)是常見于冬季半球極區(qū)平流層的爆發(fā)性大氣升溫事件。SSW事件發(fā)生時,極區(qū)平流層大氣溫度通常在短短幾天之內(nèi)突然上升幾十度,且伴有極區(qū)東向風(fēng)的迅速衰減甚至反轉(zhuǎn)為西向風(fēng)。這一事件會對全球大氣能量的再分配起到重要的影響。子午工程建設(shè)團(tuán)隊成員——武漢大學(xué)電子信息學(xué)院張紹東教授研究團(tuán)隊,利用子午工程沿東經(jīng)120°E部署的漠河站、北京站、武漢站流星雷達(dá)鏈的長期觀測數(shù)據(jù),研究了2018年兩次SSW事件發(fā)生期間,我國中緯度地區(qū)中間層和低熱層區(qū)域(MLT)的潮汐波和行星波變化特性。
圖1 子午工程流星雷達(dá)鏈
利用漠河站、北京站和武漢站流星雷達(dá)的觀測數(shù)據(jù),研究團(tuán)隊在2018年2月SSW期間發(fā)現(xiàn)MLT區(qū)域的準(zhǔn)10天波發(fā)生顯著增強(qiáng),并且增強(qiáng)有明顯的緯度差異。結(jié)合全球衛(wèi)星的位勢高度數(shù)據(jù)以及再分析觀測資料,團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)這種增強(qiáng)不是波動本身的季節(jié)性變化導(dǎo)致的,而是與SSW相關(guān)。波動增強(qiáng)的緯度差異主要是因為低層大氣的準(zhǔn)10天波活動、背景風(fēng)場的濾波效應(yīng)以及經(jīng)向環(huán)流的作用。此外,準(zhǔn)10天波和其他行星波之間的非線性相互作用也調(diào)制了SSW期間北京站MLT區(qū)域行星波的變化。研究表明極區(qū)擾動可以引起中緯準(zhǔn)10天波顯著增強(qiáng),并且揭示了增強(qiáng)的物理機(jī)制。
圖2 2018年1月至3月漠河、北京、武漢88 km處經(jīng)向風(fēng)和緯向風(fēng)的小波譜
利用子午工程的漠河站流星雷達(dá)在2018年12月SSW事件期間MLT區(qū)域的風(fēng)場觀測數(shù)據(jù),研究團(tuán)隊報道了一次強(qiáng)的6小時潮汐波活動事件,其波振幅達(dá)到了10米/秒。通過對漠河站近10年的的觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計研究,發(fā)現(xiàn)觀測到的6小時潮汐波振幅是歷史最強(qiáng)。通過進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)在本次平流層爆發(fā)性增溫期間,兩個12小時潮汐波之間的非線性相互作用是激發(fā)本次6小時潮汐波的重要原因。這是利用子午工程流星雷達(dá)率先報道了SSW期間MLT區(qū)域6小時潮汐波的顯著增強(qiáng),并揭示了SSW期間的波波非線性相互作用是其增強(qiáng)的主要機(jī)制。
圖3 2018年12月SSW期間漠河站風(fēng)場濾波結(jié)果
供稿 武漢大學(xué) 龔韻
編輯 宮曉艷 陳瑋