摘要
大气重力波是大气中最基本也是最重要的动力学过程之一，重力波能量和动量从激发源向空间输送，对局部和全球大气的环流和热结构以及不同大气层间的耦合有非常重要的影响。本文利用COSMIC掩星观测对平流层中的重力波进行了统计分析。 本文的工作主要有三个方面：（1）全球重力波势能密度垂直波数谱的时空分布特征及其主导因素，以及谱振幅和谱指数之间的关联性。（2）低纬地区低平流层重力波势能密度的经度分布及其与对流、风场和准两年振荡（QBO）之间的关系。（3）厄尔尼诺南方涛动（ENSO）对低纬地区低平流层重力波势能密度的影响。 本文的主要研究结果概括如下： 1.垂直波数谱的谱振幅受重力波源（对流、地形、急流和锋面机制、极涡）和背景风场的影响，具有明显的季节、纬度、经度变化。观测谱谱振幅小于理论饱和谱谱振幅，表明饱和谱理论过高估计了谱振幅，但可以看作谱振幅上限的预测值。谱指数系统性地大于理论值-3。和谱振幅不同的是，谱指数的季节和纬度变化比较弱，在经度分布上没有明显的变化，强烈表明谱指数是一个更普适的特征，说明受重力波的传播过程（比如波–波或者波–流相互作用）的影响远高于重力波源的影响。而在落基山脉、安第斯山脉南端和青藏高原附近谱指数呈现出差异，这是因为地形激发的重力波频率低，容易受到背景风的影响。谱振幅与谱指数呈现负的相关性，即谱振幅越大，谱指数越小，波数谱越陡峭，表明谱振幅越大，重力波越接近饱和，导致谱指数越接近理论值-3。 2.在夏季亚热带区域，低平流层重力波势能密度有显著的三个峰值，北半球夏季位于20°E、80°E和260°E，南半球夏季位于20°E、120°E和300°E。重力波势能密度及其经度分布特征主要受重力波源（对流、热带东风急流、背景流的地转调整）以及对流层上层西向风的障碍源效应和风滤波效应的共同影响。50hPa和30hPa的QBO西向风相位和30hPa的东向风剪切相位有利于亚热带区域重力波势能密度峰值的形成，并且对北半球峰值的影响更大一些，主要是因为风场的滤波效应会对重力波的传播产生影响。 3.在低纬地区，低平流层重力波势能密度在ENSO暖相位时期通常小于ENSO冷相位时期，与ENSO的相关系数在非洲南部、东南亚和澳大利亚附近、中美洲和南美洲北部呈现负相关，对ENSO的响应滞后两个月，表明重力波势能密度在ENSO冷相位期间会显著增大，这是因为在ENSO冷相位期间这些区域的环流和对流增强，对流层上层西向风显著增大，有利于重力波的传播。
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