临近空间大气环境研究现状.pdf

第39卷第6期力学进展Vol.39No.62009年11月25日ADVANCESINMECHANICSNov.252009临近空间大气环境研究现状*吕达仁1†陈泽宇1郭霞1田文寿21中国科学院大气物理研究所中层大气与全球环境探测实验室(LAGEO)北京1000292兰州大学大气科学学院甘肃兰州730000摘要临近空间指高度位于(20∼100)km之间的地球大气层.简要综述临近空间的已有了解和研究前沿包括基本状态、主要过程与控制因子.介绍了基于已有探测资料的经验模式的建立和基于基本物理定量规律和数值模拟方法的中层大气环流和化学气候数值模拟.最后从临近空间大气环境保障应用角度提出研究的新建议.关键词临近空间中层大气平流层中间层低热层1引言空间(取决于地表反照率)其余部分通过地表能量分配过程转化为驱动大气运动的能量其中包临近空间指高度位于(20∼100)km之间的地括可以直接加热大气的感热、通过被蒸发的液态球大气层.伴随着新一代航空器、浮空器和亚轨水带入底层大气的潜热以及依赖于地表温度的长道航天器等的发展临近空间正在成为开展高技波辐射.对于10km高度以下的大气来自底部术应用和国防安全活动的新领域关于该领域大的感热加热驱动出强烈的垂直对流活动它们反气环境的性质日益成为关注的热点.这个区域和映在伴随对流活动的水汽物质发生相变而形成的大气物理学关注的高度位于(10∼100)km范围的云和降水等表观天气现象中.基于这样的特点该“中层大气”基本重合是大气物理学研究的传统层大气被称为对流层.在本质上对流活动实现了领域.能量的垂直交换尤其是伴随水汽相变形成潜热地球大气的基本状态取决于大气的能量收支.释放极大地提高了对流层大气能量垂直交换的效其中包括由于大气成分吸收太阳短波辐射而产生率成为决定该层大气能量收支的重要机制.的加热和自身热发射导致的冷却这些统称为辐射平衡过程还包括由于动力过程导致的非绝热强迫.其中大气成份的辐射吸收和发射性质控制了能量收支的主要过程如图1所示其结果形成了以温度为代表的大气分层结构.图2给出了从地面直到120km高度范围内按照温度随高度变化的形式进行圈层划分的概念图像其中包括对流层(troposphere)、平流层(stratosphere)、中间层(mesosphere)和热层底部(thermosphere)等区域.相对于组成太阳辐射能量的主要光谱波段以氮气和氧气为主体的地球大气是准透明的因此太阳辐射可以穿过大气层到达地面.这些抵达图1一些主要