Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Biến động không gian và thời gian của sóng trọng lực tầng bình lưu toàn cầu và hoạt động của chúng trong các sự kiện làm ấm tầng bình lưu đột ngột được tiết lộ bởi các số liệu đo lường từ COSMIC
Tóm tắt
Nghiên cứu này điều tra tính biến động không gian và thời gian của các sóng trọng lực tầng bình lưu toàn cầu (GWs) và các đặc điểm của hoạt động GW trong các sự kiện làm ấm tầng bình lưu đột ngột (SSW) bằng cách sử dụng các phép đo xuyên vực GPS từ nhiệm vụ COSMIC trong giai đoạn từ tháng 9 năm 2006 đến tháng 5 năm 2013. Tương ứng với khoảng thời gian quan sát RO của COSMIC và phương pháp phân tích, năng lượng tiềm năng của GW (Ep) với các tỉ lệ chiều dọc không ngắn hơn khoảng 2 km được xác định. Kết quả cho thấy các phân phối của GW Ep từ 20–30 km và 30–38 km cho thấy sự biến động không gian và theo mùa tương tự. Các biến động của GW Ep theo độ cao và vĩ độ dọc theo gió tây được xác định trong các mùa khác nhau ở khu vực 60°–80°W. Ở các vĩ độ trung bình và cao, các chu kỳ theo mùa rõ rệt trong các phân phối hoạt động GW theo thời gian-vĩ độ và thời gian-độ cao, cho thấy Ep lớn hơn vào mùa đông khi gió tây thống trị và Ep nhỏ hơn vào mùa hè khi gió đông thống trị. Ảnh hưởng của dao động gần biên kỳ lên hoạt động GW được nhận diện ở các vùng nhiệt đới. GW Ep gia tăng ngay sau khi xảy ra các sự kiện SSW nhỏ; trong khi trong các sự kiện lớn, GW Ep có thể không gia tăng, và đôi khi có thể còn giảm, ở các khu vực xảy ra hiện tượng đảo ngược gió phương ngang, có thể do ảnh hưởng lọc của mức gió 0 m s−1 lên các GW.
Từ khóa
#sóng trọng lực #tầng bình lưu #làm ấm đột ngột #biến động không gian #biến động thời gianTài liệu tham khảo
Alexander, M. J., and Coauthors, 2008: Global estimates of gravity wave momentum flux from High Resolution Dynamics Limb Sounder observations. J. Geophys. Res., 113(D15), D15S18, https://doi.org/10.1029/2007JD008807.
Alexander, P., and A. de la Torre, 2010: A method to infer the three Cartesian wavelengths of a mountain wave from three soundings. Journal of Applied Meteorology and Climatology, 49(9), 2069–2074, https://doi.org/10.1175/2010JAMC2348.1.
Alexander, S. P., T. Tsuda, and Y. Kawatani, 2008a: COSMIC GPS observations of Northern Hemisphere winter stratospheric gravity waves and comparisons with an atmospheric general circulation model. Geophys. Res. Lett., 35(10), L10808, https://doi.org/10.1029/2008GL033174.
Alexander, S. P., T. Tsuda, Y. Kawatani, and M. Takahashi, 2008b: Global distribution of atmospheric waves in the equatorial upper troposphere and lower stratosphere: COSMIC observations of wave mean flow interactions. J. Geophys. Res., 113(D24), D24115, https://doi.org/10.1029/2008JD010039.
Anthes, R. A., and Coauthors, 2008: The COSMIC/FORMOSAT-3 mission: Early results. Bull. Amer. Meteor. Soc., 89(3), 313–334, https://doi.org/10.1175/BAMS-89-3-313.
Chandran, A., R. L. Collins, and V. L. Harvey, 2014: Stratospheremesosphere coupling during stratospheric sudden warming events. Advances in Space Research, 53(9), 1265–1289.
de la Torre, A., T. Schmidt, and J. Wickert, 2006: A global analysis of wave potential energy in the lower stratosphere derived from 5 years of GPS radio occultation data with CHAMP. Geophys. Res. Lett., 33(24), L24809, https://doi.org/10.1029/2006GL027696.
Duck, T. J., J. A. Whiteway, and A. I. Carswell, 1998: Lidar observations of gravity wave activity and Arctic stratospheric vortex core warming. Geophys. Res. Lett., 25(15), 2813–2816, https://doi.org/10.1029/98GL02113.
Eckermann, S. D., I. Hirota, and W. K. Hocking, 1995: Gravity wave and equatorial wave morphology of the stratosphere derived from long-term rocket soundings. Quart. J. Roy. Meteor. Soc., 121(521), 149–186, https://doi.org/10.1002/qj.49712152108.
Ern, M., and Coauthors, 2013: Observations and ray tracing of gravity waves: Implications for global modeling. Climate and Weather of the Sun-Earth System (CAWSES), F. J. Lübken, Ed. Springer, Dordrecht, Netherlands, 383–408, https://doi.org/10.1007/978-94-007-4348-9_21.
Ern, M., and Coauthors, 2016: Satellite observations of middle atmosphere gravity wave absolute momentum flux and of its vertical gradient during recent stratospheric warmings. Atmospheric Chemistry and Physics, 16(15), 9983–10 019, https://doi.org/10.5194/acp-16-9983-2016.
Faber, A., P. Llamedo, T. Schmidt, A. de la Torre, and J. Wickert, 2013: On the determination of gravity wave momentum flux from GPS radio occultation data. Atmospheric Measurement Techniques, 6(11), 3169–3180, https://doi.org/10.5194/amt-6-3169-2013.
Fetzer, E. J., and J. C. Gille, 1994: Gravity wave variance in LIMS temperatures. Part I: Variability and comparison with background winds. J. Atmos. Sci., 51(17), 2461–2483, https://doi.org/10.1175/1520-0469(1994)051<2461:GWVILT>2.0.CO;2.
Fritts, D. C., and M. J. Alexander, 2003: Gravity wave dynamics and effects in the middle atmosphere. Rev. Geophys., 41(1), 1003, https://doi.org/10.1029/2001RG000106.
Gong, J., D. L. Wu, and S. D. Eckermann, 2012: Gravity wave variances and propagation derived from AIRS radiances. Atmospheric Chemistry and Physics, 12, 1701–1720, https://doi.org/10.5194/acp-12-1701-2012.
Hindley, N. P., C. J. Wright, N. D. Smith, and N. J. Mitchell, 2015: The southern stratospheric gravity wave hot spot: Individual waves and their momentum fluxes measured by COSMIC GPS-RO. Atmospheric Chemistry and Physics, 15(14), 7797–7818, https://doi.org/10.5194/acp-15-7797-2015.
Hoffmann, L., X. Xue, and M. J. Alexander, 2013: A global view of stratospheric gravity wave hotspots located with Atmospheric Infrared Sounder observations. J. Geophys. Res., 118(2), 416–434, https://doi.org/10.1029/2012JD018658.
Holton, J. R., 1983: The influence of gravity wave breaking on the general circulation of the middle atmosphere. J. Atmos. Sci., 40(10), 2497–2507, https://doi.org/10.1175/1520-0469(1983)040<2497:TIOGWB>2.0.CO;2.
Jia, Y., S. D. Zhang, F. Yi, C. M. Huang, K. M. Huang, Q. Gan, and Y. Gong, 2015: Observations of gravity wave activity during stratospheric sudden warmings in the Northern Hemisphere. Science China Technological Sciences, 58(6), 951–960, https://doi.org/10.1007/s11431-015-5806-3.
John, S. R., and K. K. Kumar, 2012: TIMED/SABER observations of global gravity wave climatology and their interannual variability from stratosphere to mesosphere lower thermosphere. Climate Dyn., 39(6), 1489–1505, https://doi.org/10.1007/s00382-012-1329-9.
Khan, A., and S. G. Jin, 2016: Effect of gravity waves on the tropopause temperature, height and water vapor in Tibet from COSMIC GPS radio occultation observations. Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics, 138–139, 23–31, https://doi.org/10.1016/j.jastp.2015.12.001.
Kursinski, E. R., G. A. Hajj, J. T. Schofield, R. P. Linfield, and K. R. Hardy, 1997: Observing Earth’s atmosphere with radio occultation measurements using the Global Positioning System. J. Geophys. Res., 102(D19), 23 429–23 465, https://doi.org/10.1029/97JD01569.
Labitzke, K., and B. Naujokat, 2000: The lower Arctic stratosphere in winter since 1952. SPARC Newsletter No. 15, 11–14.
Li, T., T. Leblanc, I. S. McDermid, D. L. Wu, X. K. Dou, and S. Wang, 2010: Seasonal and interannual variability of gravity wave activity revealed by long-term lidar observations over Mauna Loa Observatory, Hawaii. J. Geophys. Res., 115(D13), D13103, https://doi.org/10.1029/2009JD013586.
McHall, Y. L., 1992: Wintertime stratospheric anomalies—Part II: sudden warmings. Adv. Atmos. Sci., 9(3), 311–322, https://doi.org/10.1007/BF02656941.
Miyahara, S., Y. Hayashi, and J. D. Mahlman, 1986: Interactions between gravity waves and planetary-scale flow simulated by the GFDL “SKYHI” general circulation model. J. Atmos. Sci., 43(17), 1844–1861, https://doi.org/10.1175/1520-0469(1986)043<1844:IBGWAP>2.0.CO;2.
Nappo, C. J., 2002: An Introduction to Atmospheric GravityWaves. 2nd ed, Academic Press, 276 pp.
Nastrom, G. D., A. R. Hansen, T. Tsuda, M. Nishida, and R. Ware, 2000: A comparison of gravity wave energy observed by VHF radar and GPS/MET over central North America. J. Geophys. Res., 105(D4), 4685–4687, https://doi.org/10.1029/1999JD901164.
Ratnam, M. V., G. Tetzlaff, and C. Jacobi, 2004a: Global and seasonal variations of stratospheric gravity wave activity deduced from the CHAMP/GPS satellite. J. Atmos. Sci., 61(13), 1610–1620, https://doi.org/10.1175/1520-0469(2004)061<1610:GASVOS>2.0.CO;2.
Ratnam, M. V., T. Tsuda, C. Jacobi, and Y. Aoyama, 2004b: Enhancement of gravity wave activity observed during a major Southern Hemisphere stratospheric warming by CHAMP/GPS measurements. Geophys. Res. Lett., 31(16), L16101, https://doi.org/10.1029/2004GL019789.
Rocken, C., and Coauthors, 1997: Analysis and validation of GPS/MET data in the neutral atmosphere. J. Geophys. Res., 102(D25), 29 849–29 866.
Sato, K., S. Tateno, S. Watanabe, and Y. Kawatani, 2012: Gravity wave characteristics in the Southern Hemisphere revealed by a high-resolution middle-atmosphere general circulation model. J. Atmos. Sci., 69(4), 1378–1396, https://doi.org/10.1175/JAS-D-11-0101.1.
Schmidt, T., A. de la Torre, and J. Wickert, 2008: Global gravity wave activity in the tropopause region from CHAMP radio occultation data. Geophys. Res. Lett., 35(16), L16807, https://doi.org/10.1029/2008GL034986.
Teng, W. H., C. Y. Huang, S. P. Ho, Y. H. Kuo, and X. J. Zhou, 2013: Characteristics of global precipitable water in ENSO events revealed by COSMIC measurements. J. Geophys. Res., 118(15), 8411–8425, https://doi.org/10.1002/jgrd.50371.
Tsuda, T., T. Inoue, S. Kato, S. Fukao, D. C. Fritts, and T. E. Van-Zandt, 1989: MST radar observations of a saturated gravity wave spectrum. J. Atmos. Sci., 46(15), 2440–2447, https://doi.org/10.1175/1520-0469(1989)046<2440:MROOAS>2.0.CO;2.
Tsuda T., M. Nishida, C. Rocken, and R. H. Ware, 2000: A global morphology of gravity wave activity in the stratosphere revealed by the GPS occultation data (GPS/MET). Journalof. Geophysical. Res. earchAtmospheres, 105(D6), 7257–7273, https://doi.org/10.1029/1999JD901005.
Tsuda, T., X. Lin, H. Hayashi, and Noersomadi, 2011: Analysis of vertical wave number spectrum of atmospheric gravity waves in the stratosphere using COSMIC GPS radio occultation data. Atmospheric Measurement Techniques, 4(8), 1627–1636, https://doi.org/10.5194/amt-4-1627-2011.
Uccellini, L. W., and S. E. Koch, 1987: The synoptic setting and possible energy sources for mesoscale wave disturbances. Mon. Wea. Rev., 115(3), 721–729, https://doi.org/10.1175/1520-0493(1987)115<0721:TSSAPE>2.0.CO;2.
Wang, L., and M. A. Geller, 2003: Morphology of gravity-wave energy as observed from 4 years (1998–2001) of high vertical resolution U.S. radiosonde data. J. Geophys. Res., 108(D16), 4489, https://doi.org/10.1029/2002JD002786.
Wang, L., and M. J. Alexander, 2009: Gravity wave activity during stratospheric sudden warmings in the 2007–200. Northern Hemisphere winter. J. Geophys. Res., 114(D18), D18108, https://doi.org/10.1029/2009JD011867.
Wang, L., and M. J. Alexander, 2010: Global estimates of gravity wave parameters from GPS radio occultation temperature data. J. Geophys. Res., 115(D21), D21122, https://doi.org/10.1029/2010JD013860.
Wu, D. L., and J. W. Waters, 1996: Satellite observations of atmospheric variances: A possible indication of gravity waves. Geophys. Res. Lett., 23(24), 3631–3634, https://doi.org/10.1029/96GL02907.
Wu, D. L., and J. W. Waters, 1997: Observations of gravity waves with the UARS Microwave Limb Sounder. Gravity Wave Processes: Their Parameterization in Global Climate Models, K. Hamilton, Ed. Springer, 103–120, https://doi.org/10.1007/978-3-642-60654-0_8.
Xu, X. H., J. Luo, and C. Shi, 2009: Comparison of COSMIC radio occultation refractivity profiles with radiosonde measurements. Adv. Atmos. Sci., 26(6), 1137–1145, https://doi.org/10.1007/s00376-009-8066-y.
Xu, X. H., P. Gao, and X. H. Zhang, 2014: Global multiple tropopause features derived from COSMIC radio occultation data during 2007 to 2012. J. Geophys. Res., 119(14), 8515–8534, https://doi.org/10.1002/2014JD021620.
Xu, X. H., J. C. Guo, and J. Luo, 2016: Analysis of the active characteristics of stratosphere gravity waves over the Qinghai-Tibetan plateau using COSMIC radio occultation data. Chinese Journal of Geophysics, 59(4), 1199–1210. (in Chinese with English abstract)
Yan, X. P., N. Arnold, and J. Remedios, 2010: Global observations of gravity waves from high resolution dynamics limb sounder temperature measurements: A yearlong record of temperature amplitude and vertical wavelength. J. Geophys. Res., 115(D10), D10113, https://doi.org/10.1029/2008JD011511.
Zhang, K., E. Fu, D. Silcock, Y. Wang, and Y. Kuleshov, 2011: An investigation of atmospheric temperature profiles in the Australian region using collocated GPS radio occultation and radiosonde data. Atmospheric Measurement Techniques, 4(10), 2087–2092, https://doi.org/10.5194/amt-4-2087-2011.
Zhang, S. D., F. Yi, C. M. Huang, and Q. Zhou, 2010: Latitudinal and seasonal variations of lower atmospheric inertial gravity wave energy revealed by US radiosonde data. Annales Geophysicae, 28(5), 1065–1074, https://doi.org/10.5194/angeo-28-1065-2010.
Zhang, S. D., F. Yi, C. M. Huang, K. M. Huang, Q. Gan, Y. H. Zhang, and Y. Gong, 2013: Latitudinal and altitudinal variability of lower atmospheric inertial gravity waves revealed by U.S. radiosonde data. J. Geophys. Res., 118(14), 7750–7764, https://doi.org/10.1002/jgrd.50623.