基于Fabry-Perot干涉仪的极光亚暴期间热层中性风研究

论文摘要

高层大气风场一直都是我们研究大气的一个关键因素,它和大气另外三个参数（温度、气压和组成成分）之间都有着相互的影响作用。热层是高层大气的重要组成部分,其中包含了大量的带电粒子和中性粒子,两者的耦合过程会导致许多动力学变化,在地球大气的能量传递过程中起到了关键作用。热层中带电粒子和中性粒子的运动受到磁场变化和外来高能带电粒子输入的影响,尤其是极光亚暴期间,中性粒子的运动状态受到离子漂移的影响明显增大,两者的耦合作用随着极光的消失也逐渐减弱,研究极地地区亚暴期间的热层中性风对于认知地球高空大气的各种物理过程意义重大。本文是基于武汉大学激光通信实验室和名古屋大学联合观测项目展开的热层中性风研究分析,分别针对中国北极黄河站（11.92°E,78.92°N）的全天空法布里-珀罗干涉仪（Fabry-Perot Interferometer,FPI）和日本名古屋大学的Tromso站（69.6oN,19.2oE）的扫描式FPI在2016年1月12、11月25日和12月6日这三日极光亚暴期间的观测数据,对比分析两地FPI反演的热层中性风数据。我们发现极光出现时,热层中性风既有可能增强,也有可能出现风场抑制的情况,结合极区地磁活动监测网（IMAGE）的地磁数据、超级双子极光雷达网络（SuperDARN）给出的拟合离子漂移速度和非相干散射雷达协会（EISCAT）雷达离子漂移数据,得出风场增强或抑制的行为与亚暴期间的离子漂移有着密切联系,更进一步,中性风和离子漂移同向时风场增强,反向时风场抑制,我们认为三次极光亚暴事件中离子拖曳力在风场变化中起到了主要的定向牵引作用。通过全天空成像仪的极光形态变化和风场变化对比,离子漂移与极光运动可能存在相关性,我们认为在连续的极光弧运动过程中,垂直于极光弧方向的中性风速度分量影响极光弧的整体运动,而极光弧切向的中性风速度分量则改变极光的形态,而且极光的暗区或者相对微弱的区域出现了明显的风扰动,极光的不均匀分布会导致风场的振荡,这也是往年黄河站全天空FPI数据分析中未讨论的现象,这对研究极地地区亚暴期热层大气风场的变化过程和形成机制提供了新的视角。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
•   1.1 选题背景和意义
•   1.2 热层大气简介
•   1.3 FPI热层中性风研究进展
•     1.3.1 国外FPI热层中性风研究
•     1.3.2 国内FPI热层中性风研究
•   1.4 本论文内容安排
• 2 极地地区热层大气理论
•   2.1 极区热层动力学过程
•     2.1.1 大气湍流
•     2.1.2 大气重力波
•     2.1.3 热层中性风
•   2.2 极区热层中性风场模式
•   2.3 极区热层中性风场的影响因素
•     2.3.1 离子拖曳和焦耳加热
•     2.3.2 地磁活动和极光亚暴
• 3 仪器设备和数据介绍
•   3.1 法布里-珀罗干涉仪（FPI）
•     3.1.1 北极黄河站全天空FPI
•     3.1.2 Tromso站扫描式FPI
•   3.2 全天空成像仪
•     3.2.1 黄河站全天空成像仪
•     3.2.2 Tromso站全天空成像仪
•   3.3 EISCAT和 SuperDARN雷达数据
• 4 黄河站和Tromso站亚暴期间热层风场结果
•   4.1 FPI风场探测原理
•   4.2 事件的选取
•   4.3 黄河站2016 年极光亚暴事件
•     4.3.1 黄河站11月25 日亚暴事件
•     4.3.2 黄河站1月12 日亚暴事件
•   4.4 Tromso站2016 年极光亚暴事件
•     4.4.1 Tromso站11月25 日亚暴事件
•     4.4.2 Tromso站1 月12 日亚暴事件
•     4.4.3 Tromso站12月6 日亚暴事件
•   4.5 本章小结
• 5 亚暴期间热层中性风行为分析
•   5.1 亚暴期间对比观测设备的结果分析
•   5.2 极光区域中性风场的变化特征
•   5.3 本章小结
• 6 总结和展望
•   6.1 总结
•   6.2 展望
• 参考文献
• 作者攻读硕士学位期间取得的成果
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 吴鹏举

导师: 张燕革

关键词: 法布里珀罗干涉仪,极光亚暴,热层中性风,离子拖曳,焦耳加热

来源: 武汉大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 地球物理学

单位: 武汉大学

分类号: P35

总页数: 67

文件大小: 5638K

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