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北京MST雷达探测对流层-下平流层研究获进展

时间:2017-03-31 来源:中国科学院大气物理研究所 点击:

北京MST雷达是我国子午工程(由一系列地基的探测系统沿着120°E经线以及30°N纬度线附近分布,用于连续监测中高层大气以及空间环境等的国家重大基础设施项目)建设的国内仅有的两部MST雷达之一,坐落在河北香河(39°45′14.40″N, 116°59′24.00″E),由中国科学院大气物理研究所负责主持建设,2011年建成以来稳定运行,提供了对流层、平流层中下部,中间层至低热层的水平风、垂直速度以及大气折射率结构常数Cn2等的垂直分布廓线,是一期子午工程中有数的大型科学仪器之一。MST雷达资料十分宝贵,为充分发挥北京MST雷达的作用,合理利用其探测到的资料,首先很有必要验证雷达的探测能力以及资料的准确性、可靠性。

利用北京MST雷达的长期观测数据,中国科学院大气物理研究所研究员吕达仁与博士研究生田玉芳(现为大气所博士后)分别进行了对流层-下平流层、中间层-低热层区域的分析研究,结果表明:

1、对流层-下平流层区域:

(1)北京MST雷达与探空测得的3-25 km水平风有很好的一致性(图1、2)。(2)对某些高度、季节二者的差异作出科学分析,认为其主要与水平风场自身的变化特征以及二者探测时所处天气系统时空尺度大小有关。二者探测的不一致恰好可作为对雷达探测区域探空资料的补充,为模式精细化的改进提供可靠的实测数据。(3)在国际类似对比研究中,本工作对比的高度范围最大,对比廓线数及点数最多,对比分析量最多(水平风速、风向,经向风、纬向风均作对比分析),充分证明了北京MST雷达在对流层-下平流层的探测能力与数据可靠性(Tian and Lu, 2017)。

2、中间层-低热层区域:

(1)对北京MST雷达探测中间层-低热层MLT区域数据获取率时空分布特征(在原理上反映了由于太阳辐射和粒子活动形成的自由电子浓度的日变化与季节变化)做了系统研究,发现数据获取率随高度有明显的两段分布特征,即:60-80 km(电离层D层)白天可获取数据,且在70-80 km有相当高的数据获取率;80-100 km (电离层E层低层)白天夜间均可获取数据;6、7月份白天100-120 km也有一定的数据获取率(图3)。(2)北京MST雷达与廊坊流星雷达80-100 km探测的水平风有很好的一致性,与国际HWM07模式结果也基本一致。(3)证明了北京MST雷达对中间层-低热层60-120 km区域已具备较强的独特探测能力,且测得的数据可靠(田玉芳和吕达仁,2016)。

这些研究表明,北京MST雷达在探测能力与数据质量上已处于国际先进水平,同时可为如何有效利用MST雷达数据开展工作提供很好的支持与指导,是开展未来工作必不可少的基础。

相关论文:

1. Tian, Y. F. and D. R. Lü* (2017), Comparison of Beijing MST Radar and Radiosonde Horizontal Wind Measurements, Adv. Atmos. Sci., 34(1),39-53,doi:10.1007/s00376-016-6129-4.

2. 田玉芳,吕达仁*. (2016).北京MST雷达探测中间层-低热层观测结果初步分析.地球物理学报,59(2):440-452,doi:10.6038/cjg20160204.

TIAN Y F, LÜ D R. 2016. Preliminary analysis of Beijing MST radar observation results in the mesosphere-lower thermosphere. Chinese J. Geophysics, 59(2): 440-452, doi: 10.6038/cjg20160204.