在 Grahamstown（33.3°S，26.5°E）觀測的大氣潮汐

鄭冬冬，劉仁強

（1.張家口市氣象局氣象服務中心，河北 張家口 075000；2.南京信息工程大學大氣科學學院，江蘇 南京 210000）

大氣潮汐在中層大氣上部和下部動力學中發揮主導作用。在這篇文章潮汐定義就是大氣潮汐中層大氣程序（ATMAP）對潮汐振蕩的限制根據經典潮汐理論和12小時及24小時時段來看是全局一致的。已嘗試用來描繪其全球形態;看到大氣潮汐特殊問題，但這類研究受到不均勻分布觀測地點，特別是在南半球的稀缺影響。糾正了呈現在首次觀測中層和熱層較低層中風在南半球太平洋地區以外某種程度上失衡。

目前的結果將和那些在其它戰略網站上觀測作比較，Adelaide（34.5°S，138.5°E）和Yambol（42.5°N，26.6°E），每個都有一個地理坐標，以及到通過高層大氣研究衛星（UARS）獲得的全球范圍內風數據。這顆衛星擁有高分辨率多普勒圖像和風成像干涉儀。許多衛星數據可用于35°S的95公里高度，并盡可能被用于比較目的。此外參閱國際參考大氣和最近的模型，如全球規模風模型和實證的水平風模型。

1 設備和數據分析

Grahamstown單站全天流星雷達的觀測半徑達到200 km，假定觀測的大概高度范圍為85～100 km。系統提供了方向但不是流星回波高度。緯向（EW）和經向（NS）分量的風速在流星高度，假定水平，是對0.75 h時間間隔從方向和返回流星回波多普勒移頻統計推斷的。單視線速度達到4 ms-1可能會錯誤，但對于一個給定的0.75 h間隔平均緯向和經向風，藉以更高精度，取決于該間隔期間觀測的流星回波數目。

從分量使用準則在大氣潮汐車間的商定速度提取潮汐振幅和相位。為此目的，用每月矢量平均，因為它們產生振幅和位相出現持續整個月問題。這需要積累速度分量達到32個0.75 h時間箱，然后平均，所以形成“等效日”為該特定月份。

圖1顯示對應于1987年1月等效日緯向風。可看出實際氣流很逼近前四諧波。

式中：v、v0和vm分別是風速，初速度和m-1日振幅在ms-1。t是時間（h），且 ωm＝2πm/24。Φm是 m-1晝夜項由當地太陽能時間（LST），以小時為單位最大流量分別在經向和緯向潮汐速向東和向北。

圖1 1987年1月緯向時間分布

2 結果

1987年和1988年是唯一具有全年可接受月數據。這也使得這些年得到更詳細研究。1987年結果在這些年中非常有代表性，其在這里用于為說明周日（m=1）和半日（m=2）潮汐提供一些例子（分為DT和ST）。

圖2 1987年每月標準化風譜

1987年（圖2）風的標準化譜是使用最大熵法獲得的。這些非抄襲的“2日波”在強一月份經向風中顯示潮汐分量（DT和ST）主導地位。潮汐振蕩顯示隨著季節重大變化。與ST相比，DT在春夏季更強些，但ST在秋冬兩季更強。兩潮汐絕對值最強在秋季。雖然以前擬合函數中使用四種諧波，潮汐分量意義最大。

2.1 背景環流

與90公里高空觀測的Adelaide緯向盛行風月平均速度相比具有相似數據。在Grahamstown觀測的平均緯向流一般是向東的（可能1987年10月除外，在冬季（夏季）在大概80公里處作為結論的由大氣波動引起動量沉積不符合期望封閉或逆轉向東（向西）。

2.2 周日潮汐

振幅DT月平均振幅顯示季節變化。緯向分量（OA of 15.4±0.8 ms-1）一般比經向分量（OA of 10.5±0.9 ms-1）大。McLandress等發現兩個分量如WINDII測量的在中緯度有著相似大小；同樣有其它差異存在于衛星測量和結果，這些有許多可能原因。在對EW和NS振幅的不確定性檢測中，對于后者表現出更大年際穩定，盡管這兩個分量考慮到長期變化傾是主體。一般，振幅結構顯示秋季最大（MA～20 ms-1（EW）和～18 ms-1（NS））及春季二次最大（～16 ms-1（EW）和～11 ms-1（NS））。1998年（未顯示）表面情節更好認證。

2.3 位相

與振幅情況形成對比，在MA位相不確定性顯示EW分量每年越來越有規律。這可能都與一個事實，即EW分量是兩個中較大，導致比NS沒有太大結構變化。NS位相（OA of 15.9±0.4 h LST）平均晚于 EW 位相（OA of 11.2±0.4 h LST）。NS位相時間，是夏季最近的，而EW位相是夏至和冬至日最近，尤其冬季。Vial發現，當時盛行緯向風往往拖延，這是符合后期冬至（早期春分）緯向位相和大冬至（小春分）盛行緯向風。

2.4 半日潮汐

振幅EW的ST振幅（OA of 11.8±2.0 ms-1）比 NS振幅（OA of8.8±0.6ms-1）稍微大點。與DT相似的是秋季存在極大值。在1987年ST表面圖基本一的。一般來說，找到的ST年際變化比DT要少。

ST年際變化表明MA值或標準檢驗不確定性（此處未顯示）。ST季節變化在很大程度上是高階模式變化造成，而不是相對穩定顯性模式。分點極大值是可以預期，因為（2，4）和（2，6）模式在春分而不是冬至極大刺激它。根據Forbes，這尤其適用于（2，4）模式，這個模式在中緯度90～120 km處是主要的。冬至日特點是EW風量振幅在夏季比冬季要小，而NS風量振幅卻相反。ST振幅在春夏季80～100 km變化更多，如果這些季節的振幅受高度下限影響，它可以解釋在數據中重要春季極值缺失。

（5）由于系統測試的位相與往年同期相比振幅比研制試驗更有規律性，特別是在NS分量部分。顯示每月位相變化。OA 相應值是 9.9±0.4 h（EW）和 11.8±0.5 h（NS）。其他地方觀測和模型計算揭示一個位相雙峰。然而，這結果不能反映這個問題，ST由于模式之間很小位相遷移（1～2 h）導致高度和緯度每天顯著變化。與此形成鮮明對比的是DT情況下，由兩個UARS儀器儀器及數據資料對ST位相測量值有很好一致性，在任何兩個數據均方差差異小于1.5 h。從UARS合并數據，Grahamstown和Adelaide表明由Forbes和Vial（1989）用模式模擬出35°S冬至時相位至少早3 h。

3 結語

（1）風場分析。在上部中間層和熱層低層風可準確用盛行風分量和前四個諧波分量來近似。通過8 h潮汐控制這個地區動力流場，而6 h潮汐分量貢獻則比較小。

（2）盛行風。平均緯向風始終是西風，在十月降到最小值（在此期間它在Adelaide變成東風）。平均經向風一般是南風（有時冬天除外）并且弱得多。

（3）盛行風對潮汐影響。緯向盛行風似乎通過許多途徑影響DT。它與秋分點增強的振幅有關并且在二至點的EW相位滯后。ST對盛行風沒有明顯依賴。

（4）季節性變化。DT和ST在秋季有最大振幅，DT振幅在春季有次大值。在二分點，DT極大值減少損耗；在ST中這可能是由于高階矩陣增強刺激。DT一般比ST強并且兩種潮汐在EW方向比NS方向風能更大。

（5）年際變化。一般DT展現出比ST更大年際振幅和相位變化。

（6）偏振。EW分量主導NS分量，以至于速度矢量逆時針旋轉，與南半球預期一樣。對于這兩種潮汐，偏振是橢圓而不是圓形。

（7）緯向相位差。EW向和NS位相偏離正交，表明NS角動量輸送。

（8）與其它數據和模型相比。研究成果與Adelaide和Yambol一致，這兩處分別與Grahamstown有相同緯度和經度。理論模擬和數據也有很好一致性，但也有差異，最引人注目的是在結果中ST相位雙峰缺失。