热层大气动力学模式研究

论文摘要

借鉴国外的先进模式,吸取其成功经验,我们建立了一个热层大气动力学模式（Thermospheric Dynamic Model,简称TDM模式）,研究太阳活动和地磁扰动对高层大气密度、温度和风场的影响。目前模式能够成功的模拟80-500km高度热层大气对太阳活动和地磁扰动事件响应的基本特征,得出不同太阳活动和地磁扰动条件下的稳定平衡风场;可计算出指定高度上的密度、温度等值线图和风矢量图、指定经纬度上密度、温度和风的垂直剖面等,计算稳定,较好的模拟了热层大气的环流特性,与经验热层水平风模式HWM93（Horizontal Neutral WindModel 1993）的结果相比较,基本一致;能模拟磁暴在极区加热造成的热层大气温度、密度和纬圈平均经向环流变化,得到非常有意义的结果。模式模拟了分点与至点时大气无扰动的水平风场（以120km高度和300km高度为代表）以及纬圈平均经向环流,模拟出分点时平均经向环流从高纬流向赤道的双环流特性,特别是模拟出夏至时（以北半球为参考）平均经向环流具有从北纬20°N分别向高纬和低纬流动以及从南半球高纬向低纬流动并与前者在南纬20°S汇合的两个环流特性,模拟出的这种环流特征对了解电离层的形态具有重要价值。模式还实现了定性的模拟热层大气对磁暴响应的目标。通过设定极区加热系数,模拟并分析了春季和夏季时热层大气受磁暴影响的风场变化以及温度和密度的变化。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 研究的目的和意义
• 1.2 研究的背景与现状
• 1.2.1 国外热层模式的发展
• 1.2.2 国内对热层大气的研究
• 1.3 模式的研究思路和初步设想
• 1.3.1 研究思路
• 1.3.2 模式的初步设想
• 第二章 模式的基本方程和数值方法
• 2.1 模式的基本方程
• 2.2 模式的差分方法
• 2.3 模式的初值和边界条件
• 2.3.1 模式的初值
• 2.3.2 模式的边界条件
• 2.4 模式差分方程的求解
• 2.5 模式的基本框架
• 2.6 模式运行框图
• 第三章 模式参数的选取与计算
• 3.1 模式的外能源
• 3.1.1 太阳辐射加热
• 3.1.2 极区加热
• 3.2 模式的耗散系数
• 3.3 模式的离子曳力
• 第四章 模式电导率的计算与讨论
• 4.1 目的和意义
• 4.2 模式电导率的计算
• 4.3 电导率的季节变化
• 4.3.1 120km 高度电导率的季节变化
• 4.3.2 300 km 高度电导率的季节变化
• 4.4 不同太阳活动条件下电导率的变化
• 4.4.1 120km 高度电导率的变化
• 4.4.2 300km 高度电导率的变化
• 4.5 不同地磁指数条件下电导率的变化
• 4.5.1 120km 高度电导率的变化
• 4.5.2 300km 高度电导率的变化
• 4.6 小结与讨论
• 第五章 模式的初步结果与分析
• 5.1 模式输入与输出参数的设置
• 5.2 模式运行结果
• 5.2.1 稳定风场的模拟
• 5.2.2 磁暴时扰动风场的模拟
• 第六章 总结与未来工作的设想
• 6.1 总结
• 6.2 未来的研究方向与设想
• 参考文献
• 发表文章目录
• 致谢