一种分析青藏高原UTLS臭氧对重力波响应的方法技术

本发明专利技术公开一种分析青藏高原UTLS臭氧对重力波响应的方法，包括以下步骤：重力波选取、数值模拟方案、重力波特征分析、UTLS臭氧对重力波的响应和WRF模式模拟结果分析；本发明专利技术通过欧洲中心再分析资料ERA5和中尺度模式WRF对发生在青藏高原区域上空地形重力波事件进行了对比和模拟分析，通过自上而下的Suomi卫星视角为重力波信息的采集提供更多的信息，从而得到重力波过程的平对流层物质交换过程及其细节，从重力波的动力过程探索了青藏高原UTLS臭氧对重力波的响应为今后的进一步研究提供一定的科学依据，从而为人类生存提供保障，也对天气气候的变化给出依据。

【技术实现步骤摘要】
一种分析青藏高原UTLS臭氧对重力波响应的方法
本专利技术涉及臭氧对重力波响应
，尤其涉及一种分析青藏高原UTLS臭氧对重力波响应的方法。
技术介绍
UTLS臭氧对全球气候变化有重要影响，并且通过直接或间接的方式改变大气的热力结构，影响人类健康和生态系统平衡，大气重力波是一种具有垂直传播性质的中小尺度扰动现象，在全球的气象学、气候学、化学以及平流层和中间层的动力学中扮演着重要角色，重力波最明显的来源包括地形，对流和风切变，已有研究表明，大气重力波破碎过程是中高层大气内小尺度湍流混合过程的重要驱动源，重力波发展和破碎过程还可以进行物质交换，事实上，青藏高原是产生大气重力波的重要源地，对流活动十分旺盛，是平流层和对流层物质交换的关键区域，国内已有学者研究了青藏高原重力波过程中的平流层和对流层物质交换，发现重力波过程会对UTLS的一些气体成分如CH4、NO2产生影响，但是青藏高原UTLS臭氧对该地区产生的重力波的响应如何，至今还未开展，而在极区，前人的研究表明地形重力波会对极区平流层云粒子上的化学反应影响平流层臭氧，作为重力波重要的源地，青藏高原地形作用产生的重力波是否会影响UTLS臭氧还未有人探索，从而无法为人类生存提供保障，也不能对天气气候的变化给出依据，因此，本专利技术提出一种分析青藏高原UTLS臭氧对重力波响应的方法以解决现有技术中存在的问题。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的在于提出一种分析青藏高原UTLS臭氧对重力波响应的方法，该方法通过欧洲中心再分析资料ERA5和中尺度模式WRF对发生在青藏高原区域上空地形重力波事件进行了对比和模拟分析，从而得到重力波过程的平对流层物质交换过程及其细节。为了实现本专利技术的目的，本专利技术通过以下技术方案实现：一种分析青藏高原UTLS臭氧对重力波响应的方法，包括以下步骤：步骤一：重力波选取先通过ERA5再分析资料得到青藏高原地区上空的重力波信号和臭氧分布并选取青藏高原地区上空的重力波活动区域，再通过VIIRS得到该重力波活动区域的热红外线波段图像，接着通过Suomi卫星得到该重力波活动区域的可见光图像，然后观察该重力波活动区域的热红外线波段图像和可见光图像并对比得出重力波波动结构位置走向；步骤二：数值模拟方案根据步骤一，通过WRF模式自身携带物理过程参数化方案联合WSM3显式降水方案以及Kain-Fritsch积云对流方案对重力波开展模拟，先在重力波过程出现的前四个小时将WRF模式启动，然后使用NCEP的FNL数据生成模式的初始场，以180s的时间步长和每隔20min输出模拟结果对重力波过程造成的平流层对流层物质和能量交换进行十一个小时的诊断模拟；步骤三：重力波特征分析通过ERA5再分析资料得到重力波活动区域100hPa垂直速度的水平分布和重力波活动过程的垂直速度在28°N的经度-高度剖面，对比得出重力波信号逐渐上传至100hPa高度时波形消失，随着高度的增加波动逐渐向东倾斜，波动能量随着群速向上传播且信号不明显，再通过ERA5再分析资料得到重力波发生区域在28°N的经度-高度剖面上浮力频率，从而确定重力波信号是由地形产生的；步骤四：UTLS臭氧对重力波的响应通过ERA5再分析资料得到臭氧在28°N的经度-高度剖面，从而得出重力波在产生一小时后开始出发并向上传递能量，接着经过两小时到达上对流层并将臭氧向上输送，再经过一小时开始进行平对流层臭氧的交换并逐渐向上向东传递，从而完成平对流层的物质交换，进而确定UTLS臭氧对此次重力波有很好的响应且主要原因是重力波所触发的物质上传；步骤五：WRF模式模拟结果分析先通过WRF模式模拟出重力波产生一小时二十分钟后的青藏高原地区上空100hPa垂直速度和垂直速度28°N的纬向剖面，再对比通过ERA5再分析资料得到的重力波活动区域100hPa垂直速度和臭氧在28°N的经度-高度剖面，从而得出UTLS区域臭氧确实对重力波产生的STE过程有响应，然后通过WRF模式模拟计算位涡垂直通量随时间的变化，从而得臭氧浓度与重力波活动，存在滞后响应。进一步改进在于：所述步骤一中采用的欧洲中心ERA5再分析资料空间分辨率为0.25°×0.25°，垂直分层从1000hPa到1hPa，共三十七层。进一步改进在于：所述步骤二中WRF模式模拟的区域为75°E-115°E，25°N-55°N，模拟区域采用Lambert投影，水平分辨率为40km，垂直方向上设置了46层，模式顶部设在10hPa，十一个小时的诊断模拟中前四小时为模式的起转时间，后七小时的模式输出数据用于诊断分析。进一步改进在于：所述步骤三中，根据浮力频率来表征大气层结稳定度，从而确定重力波的激发原因，N2>0时，大气层结稳定，不易产生对流活动，则重力波的激发原因与地形触发的对流活动无关，N2<0时，对流活动容易发生，则重力波的激发原因是地形触发的对流活动。进一步改进在于：所述步骤四中，由臭氧在28°N的经度-高度剖面得出低层臭氧与高层臭氧进行了臭氧交换，导致低层臭氧浓度增加，高层臭氧浓度减小。进一步改进在于：所述步骤五中，通过WRF模式模拟的位涡在28°N的纬向剖面随时间的变化进一步得出重力波上传引起的臭氧变化的细节特征，从而确定UTLS区域臭氧确实对重力波产生的平对流层物质交换过程有响应。本专利技术的有益效果为：本专利技术通过欧洲中心再分析资料ERA5和中尺度模式WRF对发生在青藏高原区域上空地形重力波事件进行了对比和模拟分析，通过自上而下的Suomi卫星视角为重力波信息的采集提供更多的信息，从而得到重力波过程的平对流层物质交换过程及其细节，从重力波的动力过程探索了青藏高原UTLS臭氧对重力波的响应为今后的进一步研究提供一定的科学依据，从而为人类生存提供保障，也对天气气候的变化给出依据。附图说明图1是本专利技术的热红外线波段图像和可见光图像对比图；图2是本专利技术ERA5再分析资料的重力波活动区域100hPa垂直速度的水平分布图；图3是本专利技术ERA5再分析资料的重力波活动过程的垂直速度在28°N的经度-高度剖面图；图4是本专利技术ERA5再分析资料的重力波发生区域在28°N的经度-高度剖面上浮力频率图；图5是本专利技术ERA5再分析资料的重力波发生区域在28°N的经度-高度剖面上的臭氧分布图；图6是本专利技术WRF模式模拟的青藏高原上空100hPa垂直速度图；图7是本专利技术WRF模式模拟的垂直速度28°N的纬向剖面图；图8是本专利技术WRF模式模拟的位涡垂直通量随时间变化图。具体实施方式为了加深对本专利技术的理解，下面将结合实施例对本专利技术做进一步详述，本实施例仅用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术保护范围的限定。根据图1、2、3、4、5、6、7、8所示，本实施例提供了一种分析青藏高原UTLS臭氧对重力波响应的方法，包括以下步骤：步骤一：重力波选取先通过ERA5再分析资料得到青藏高原地区上空本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种分析青藏高原UTLS臭氧对重力波响应的方法，其特征在于：包括以下步骤：/n步骤一：重力波选取/n先通过ERA5再分析资料得到青藏高原地区上空的重力波信号和臭氧分布并选取青藏高原地区上空的重力波活动区域，再通过VIIRS得到该重力波活动区域的热红外线波段图像，接着通过Suomi卫星得到该重力波活动区域的可见光图像，然后观察该重力波活动区域的热红外线波段图像和可见光图像并对比得出重力波波动结构位置走向；/n步骤二：数值模拟方案/n根据步骤一，通过WRF模式自身携带物理过程参数化方案联合WSM3显式降水方案以及Kain-Fritsch积云对流方案对重力波开展模拟，先在重力波过程出现的前四个小时将WRF模式启动，然后使用NCEP的FNL数据生成模式的初始场，以180s的时间步长和每隔20min输出模拟结果对重力波过程造成的平流层对流层物质和能量交换进行十一个小时的诊断模拟；/n步骤三：重力波特征分析/n通过ERA5再分析资料得到重力波活动区域100hPa垂直速度的水平分布和重力波活动过程的垂直速度在28°N的经度-高度剖面，对比得出重力波信号逐渐上传至100hPa高度时波形消失，随着高度的增加波动逐渐向东倾斜，波动能量随着群速向上传播且信号不明显，再通过ERA5再分析资料得到重力波发生区域在28°N的经度-高度剖面上浮力频率，从而确定重力波信号是由地形产生的；/n步骤四：UTLS臭氧对重力波的响应/n通过ERA5再分析资料得到臭氧在28°N的经度-高度剖面，从而得出重力波在产生一小时后开始出发并向上传递能量，接着经过两小时到达上对流层并将臭氧向上输送，再经过一小时开始进行平对流层臭氧的交换并逐渐向上向东传递，从而完成平对流层的物质交换，进而确定UTLS臭氧对此次重力波有很好的响应且主要原因是重力波所触发的物质上传；/n步骤五：WRF模式模拟结果分析/n先通过WRF模式模拟出重力波产生一小时二十分钟后的青藏高原地区上空100hPa垂直速度和垂直速度28°N的纬向剖面，再对比通过ERA5再分析资料得到的重力波活动区域100hPa垂直速度和臭氧在28°N的经度-高度剖面，从而得出UTLS区域臭氧确实对重力波产生的STE过程有响应，然后通过WRF模式模拟计算位涡垂直通量...

【技术特征摘要】
1.一种分析青藏高原UTLS臭氧对重力波响应的方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：重力波选取
先通过ERA5再分析资料得到青藏高原地区上空的重力波信号和臭氧分布并选取青藏高原地区上空的重力波活动区域，再通过VIIRS得到该重力波活动区域的热红外线波段图像，接着通过Suomi卫星得到该重力波活动区域的可见光图像，然后观察该重力波活动区域的热红外线波段图像和可见光图像并对比得出重力波波动结构位置走向；
步骤二：数值模拟方案
根据步骤一，通过WRF模式自身携带物理过程参数化方案联合WSM3显式降水方案以及Kain-Fritsch积云对流方案对重力波开展模拟，先在重力波过程出现的前四个小时将WRF模式启动，然后使用NCEP的FNL数据生成模式的初始场，以180s的时间步长和每隔20min输出模拟结果对重力波过程造成的平流层对流层物质和能量交换进行十一个小时的诊断模拟；
步骤三：重力波特征分析
通过ERA5再分析资料得到重力波活动区域100hPa垂直速度的水平分布和重力波活动过程的垂直速度在28°N的经度-高度剖面，对比得出重力波信号逐渐上传至100hPa高度时波形消失，随着高度的增加波动逐渐向东倾斜，波动能量随着群速向上传播且信号不明显，再通过ERA5再分析资料得到重力波发生区域在28°N的经度-高度剖面上浮力频率，从而确定重力波信号是由地形产生的；
步骤四：UTLS臭氧对重力波的响应
通过ERA5再分析资料得到臭氧在28°N的经度-高度剖面，从而得出重力波在产生一小时后开始出发并向上传递能量，接着经过两小时到达上对流层并将臭氧向上输送，再经过一小时开始进行平对流层臭氧的交换并逐渐向上向东传递，从而完成平对流层的物质交换，进而确定UTLS臭氧对此次重力波有很好的响应且主要原因是重力波所触发的物质上传；
步骤五：WRF模式模拟结果分析
先通过WRF模式模拟出重力波产生一小时二十分钟后的青藏高原地区上空100hPa垂直速度和垂直速度28°N的纬向剖面，再...

【专利技术属性】
技术研发人员：常舒捷，徐峰，张宇，叶桂苓，
申请(专利权)人：广东海洋大学，
类型：发明
国别省市：广东;44