中层风切变对海啸所引发的大气重力波之传播特性研究

来源 :南京航空航天大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:fh2029
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本文通过对海啸所引发的大气重力波进行数值模拟,拟揭示此类重力波在中层大气中的传播特性。产生大气重力波的波源通常有雷暴飓风、地震、海啸、云层热效应等自然现象和气候变化。海底地震或火山喷发所引起的海啸,会激发一种在大洋面上穿行的长波,被科学界定义为浅水重力波,其波长远大于水的深度,其传播速度较快。Hines最早提出海啸可产生大气重力波,并指出大气重力波将传播至大气电离层,其在大气电离层所产生的波扰动迹象可作为早期海啸预警的先兆。强烈的海啸所引发的大气重力波,在传播至大气电离层之后所引起的波扰迹象已被日本科学家用全球定位系统探测发现。本论文通过数值模拟对海啸所引发的大气重力波之传播特性有更好的了解,为今后在大气电离层探测到此类重力波提供支持,也为海啸的离岸探测开辟新的应用前景。文中首先对地球大气的分层结构及大气温度的垂直分布做了阐述,分析了大气重力波的产生、形成与传播过程,并推导了描述大气重力波运动的数个基本力和基本方程式。由于中层风切变对大气重力波上行传播的方向具有滤波作用,本文运用线性波传播的理论揭示对海啸进行早期预警的方法。研究的事件选取了2004年苏门答腊海啸和2011年日本宫城海啸作为低纬度和中纬度地区海啸的代表。根据海啸的形成机制以及传统海啸波传播的模型,建立了2004年苏门答腊海啸波和2011年日本宫城海啸波传播的模型,对此进行了数值模拟并对比分析,得出背景风场对海啸波所激发的大气重力波的垂直波数和垂直能通量的影响,最后针对数值模拟的结果进行了全面分析。通过对比分析背景风场对大气重力波上行传播的影响,本文发现背景风场针对纬向传播的大气重力波影响较大。其中位于低纬度印度洋的苏门答腊海啸,受风切变效应后,其东西向大气重力波均能自由上行传播至大气电离层,从能量的角度来看,数值模拟的结果与垂直波数的变化情况是一致的,垂直波数大于零的区域对应的也是背景风场对波动充能的区域;而对于中纬度太平洋的日本海啸,其东向传播的大气重力波受到风切变影响后,较西向传播的大气重力波更易于在电离层上观测。
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