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基于60km测风激光雷达的重力波研究取得重要进展

(2016-03-04)
 

     我院窦贤康教授课题组近日利用自主研发的车载60km测风激光雷达系统所获得的风场和温度数据进行了重力波分析,实现了国际上首次对中纬度平流层风场重力波的激光雷达高时空分辨率观测。国际上只有ALOMAR(北极圈)在两个月前利用测风激光雷达数据进行过一次关于平流层风场重力波的报道。我实验室的该成果于2016年3月4日在线发表在国际著名光学期刊 《Optics Express》上。

 

     重力波在大气动量、热量、混合微量气体的传输以及大气不同高度之间的相互耦合过程中承担着重要的作用。 在高层大气中,通常通过温度、密度和风场的扰动对重力波现象进行观测和研究。 激光雷达所获取的高时间分辨率的温度和密度扰动被频繁的用于平流层和中间层的重力波研究。在此基础上,具有高时间和空间分辨率的温度和风场的联合观测能够对重力波进行更为详尽的特性描述。然而,中高层大气中的温度和风场的联合观测数据是非常稀缺的,这主要源于在平流层顶附近高度的具有高时间-空间分辨率的风场数据的稀缺。高层大气风场探测(尤其是30-80km范围内)一直是国际上的难点,瑞利多普勒激光雷达能够实现这一高度范围内的高时间-空间分辨率的风场-温度联合观测,进而弥补了其他观测手段在这一高度范围内的风场探测缺陷。而利用该手段获得精确的风场扰动并进行重力波研究,长期以来一直是该领域重要而且具有挑战性的科学目标。我院自主研发的车载15-60km测风激光雷达,从2013年到2015年期间在青海、甘肃、宁夏、山西等地进行了长期的外场实验观测,并积累了100天以上的有效高空风场和温度数据。利用该数据提取出的重力波现象不仅证明了该雷达能够实现1m/s量级的小扰动的稳定观测精度,而且大量的高质量的高空风场数据积累对于系统性分析我国中纬度地区重力波特性以及大气动力学机制具有重要的意义。

图1. 2014年12月3日-6日径向风场扰动的连续分布

 

 

该文章的网页链接https://www.osapublishing.org/oe/abstract.cfm?uri=oe-24-6-A581


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