【摘 要】
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大气重力波是中层大气中重要的波动,其全球分布特征不仅与提取重力波扰动所使用的方法有关,还与探测仪器对给定重力波谱的敏感性有关。本论文着眼于重力波信号的提取,分别探究了不同的方法（水平方向的Lomb最小二乘拟合法（LS）和傅里叶变换滤波法（IF）,垂直方向的小波分析（WT）和高通滤波法（HF）,各选取一种水平和垂直方法组合成四种提取方法）和不同的卫星（SABER与COSMIC）观测资料提取的全球重力
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大气重力波是中层大气中重要的波动,其全球分布特征不仅与提取重力波扰动所使用的方法有关,还与探测仪器对给定重力波谱的敏感性有关。本论文着眼于重力波信号的提取,分别探究了不同的方法（水平方向的Lomb最小二乘拟合法（LS）和傅里叶变换滤波法（IF）,垂直方向的小波分析（WT）和高通滤波法（HF）,各选取一种水平和垂直方法组合成四种提取方法）和不同的卫星（SABER与COSMIC）观测资料提取的全球重力波活动分布特征,由于卫星资料存在分辨率不足的局限性,进一步结合中尺度数值预报模式WRF对2010年8月4日华北地区上空的一次对流激发的重力波事件进行了研究。得到的主要结论如下:（1）由于使用IF方法的过程中会引入插值误差,运用IF方法得到的重力波势能大于LS方法提取的结果,因此水平方向上使用LS方法优于IF方法。在水平方向运用LS方法处理的基础上进一步在垂直方向分别使用WT和HF方法得到重力波势能,二者的全球分布形态基本类似。垂直方向上使用WT方法在低层和高层存在误差,掩盖了赤道低平流层的准两年振荡信号;由于重力波主导的垂直波长在50 km以下较大,使用HF方法会损失垂直波长较长的重力波信息,从而使得在低平流层运用该方法得到的重力波势能值相较于WT方法整体偏小约1/4,其对重力波活动的低估是不容忽视的。因此,仅在水平方向上使用LS方法既不会引入误差,且能保留绝大部分的重力波信息,得到的重力波活动特征是最为准确的。（2）基于SABER和COSMIC卫星资料采用LS方法得到的重力波势能在全球的分布形态基本一致,但从COSMIC卫星资料得到的重力波势能明显大于SABER卫星的结果。纬向扫描点的缺失是造成SABER势能值明显偏小的一个重要原因,水平分辨率能显著影响重力波势能的大小,而对重力波活动的全球分布特征影响不大。两种卫星对重力波谱的敏感度存在差异,在30 km高度上,用SABER卫星资料提取的重力波的主导垂直波长比用COSMIC卫星资料得到的主导垂直波长大,表明SABER卫星更容易捕捉到垂直波长较长的重力波信号,而COSMIC卫星对垂直波长较短的重力波信息更为敏感。这一特征使得COSMIC卫星探测的重力波活动在低纬度地区偏高,而在高纬度地区被低估。（3）结合卫星资料和WRF模式对一次深对流激发的重力波个例进行了研究。WRF模式能够较好地模拟出重力波的形态结构、垂直和水平波长等特征,此次事件激发的重力波在平流层以中低频重力波为主,平流层中重力波垂直波长主要为9-11 km,水平波长为650-800 km。由于卫星资料存在分辨率不足的缺陷,难以捕捉到全部的重力波信息,使得基于COSMIC卫星资料得到的重力波势能密度和动量通量明显小于WRF模拟的结果。WRF模拟的结果显示,约62%的动量聚集在15-25 km高度的低平流层。在深对流活动发生期间,低平流层重力波势能密度一直维持着较大的数值,而上平流层重力波势能密度则在对流减弱后迅速减小,且伴随着下一次对流活动的增强再次迅速增大。平流层不同高度上重力波势能密度对对流活动的响应主要与对流发展高度和背景风场有关,当对流发展较浅时,其激发的重力波在低层西风中易耗散;当对流发展较深到16 km甚至更高时,其激发的重力波接近零风层,并在东风中迅速上传,使得高层重力波势能密度增加较快。
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