摘要
从激光雷达基本方程出发，详细介绍了钠的有效散射截面的计算和归一化方法的推导，给出钠层数据的密度反演方法。钠作为良好的大气波动示踪剂，有助于加深我们对中层顶各种复杂的动力学和化学过程的理解。在钠层观测数据的基础上，我们进行了钠层季节变化的研究与利用长时间连续钠密度观测数据进行潮汐波动的研究。 从2013年到2017年这一段时间内挑选103个夜晚的观测数据，作为研究全年钠层变化的基础，所挑选的数据总时长为1101.5小时。为了提高信噪比、减小误差，首先需要对原始观测数据做预处理，本文对数据进行合并和滑动平均处理，并对全年数据进行拟合。用预处理后的钠数据计算出北京上空全年钠层柱密度平均值为3.141×109cm-2，平均质心高度为91.1km，平均半高全宽(RMS)宽度的为4.7km。通过钠密度全年变化图像可以看出，钠密度呈现全年振荡，冬季大，夏季小的特征。柱密度有较明显的年振荡趋势，冬天极大，夏天极小。质心高度和半高宽呈现较显著的半年振荡，质心高度春秋极大，夏冬极小，而半高宽与其相反。所观测的结果与之前Gardner等报道的比较吻合。但是我们观测到的柱密度最小值为O.3518×109cm-2，这样一来北京上空钠层柱密度的最大值与最小值之比达到了23，比之前报道的大很多。 因为白天太阳光的干扰，所以激光雷达观测只能在夜间进行。在激光雷达的荧光通道上加上原子滤光器以后，可以实现对钠层长时间连续的观测。利用北京延庆子午工程激光雷达对北京上空钠层进行长期连续观测，对钠层及其相关参数的周日变化进行分析研究。提取钠层各个高度上的相位信息与同时段径向风潮汐信息进行比较可得:在各个高度上，二者周日相位数值基本一致。半日相位对比结果，虽然存在差异，但整体仍保持较好的一致性。进一步，从2014年至2016年10月到1月四个月的钠层连续观测数据中提取钠层周日和半日的振幅和相位，探究北京上空冬季的潮汐特征。结果显示，周日潮的相位自上向下传播，且无明显的季节变化特征，其垂直波长在40.50km的范围。且周日潮较强，半日潮较弱。
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