中文摘要：

自主建立了一系列中高层大气动力学数值模式，并在国际上首次建立了三维全非线性动力学数值模式。利用这些模式系统研究了与中、高层大气动力学过程相关的基础物理问题，得到许多重要的创新成果。这些工作多次被国际同行评价为"重要的，唯一的"，"说明了地球物理学中的基本物理问题"。通过分析自主观测资料，在国际上首次报道了中国钠层、铁层以及中层顶风场和潮汐特性。在我国率先利用无线电探空资料进行系统的中纬地区大气波动（重力波、潮汐和行星波）研究，我们提出的波动分析方法被国际同行广泛采用。研究结果被评价为该领域"重要进展"，"令人震惊的"。参与研制成功钠荧光激光雷达、世界第三台铁荧光激光雷达和铁中层顶测温激光雷达以及亚洲第一台钙原子/离子激光雷达，大力发展了我国的空间探测技术。利用这些激光雷达，我们积累了大量宝贵的大气遥感探测资料。近年来获教育部"新世纪优秀人才支持计划"和"创新团队支持计划"资助。

结论摘要：

本项目中通过分析无线电探空仪、地基雷达和卫星观测资料，并结合数值模拟方法对大气波动进行了系统研究，重点关注于源区的重力波特性、大气波动之间的广泛相互作用以及大气波动对背景结构的影响等关键过程。主要研究成果如下一） 低层大气重力波能量纬度分布。1）基于卫星观测，人们认为低层大气重力波能量随纬度增加单调下降。而我们通过分析中国和美国近100个站点的多年观测资料首次发现重力波总能量在中纬地区还存在一个极值，并指出这一差异的原因在于卫星观测只是反映了重力波位能而不是总能量。这一结果更新了我们对重力波能量全球分布的认识，并被随后的包括卫星在内的大量观测所证实；2）发现对流层重力波特性事实上是被激发源特性所控制。这为我们对重力波激发源的参数化指明了新的方向；3）基于上述观点，我们在国际上第一次建立了基于观测的重力波源谱。二） 无线电探空仪数据分析方法。探空仪数据具有广泛的陆地覆盖和长期的历史积累，是地球科学中最有价值的数据库之一。但是传统的重力波探空数据分析方法只能给出对流层和平流层两个分离高度范围内单色重力波参数的高度平均值，很大程度限制了人们对大气波动的深入理解。我们发展了新的探空数据分析方法，这一基础性的工作可以大大提升探空数据的利用价值。1）我们发展了更为严格的重力波提取方法，该方法已被国际同行采用；2）提出了宽谱的分析方法，可以给出重力波参数连续的高度变化；3）提出了简便的大气湍流参数提取方法，这将大大提升我们对大气湍流的研究能力。利用这些新的数据分析方法，我们在国际上首次利用探空资料给出低频和高频重力波参数连续的高度变化，并清晰揭示重力波活动对背景大气急流、对流层顶和逆温等动力学和热力学结构的气候学影响。三） 大气波动相互作用。利用数值模式，研究了非线性环境下的非共振相互作用；发现潮汐重力波的相互作用会导致重力波频率的改变，由此引起重力波穿透临界层而到达更高高度。在此基础上，通过分析ISR雷达资料首次揭示了热层高度上大气波动的相互作用。四） 波动对大气热结构的影响。通过探空资料分析发现对流层逆温与重力波活动和风场剪切密切关联。SABER/TIMED卫星观测研究则发现大尺度低中间层逆温与背景温度的SAO、迁移周日潮汐、准静态行星波和16天波的密切关联。这些研究体现了大气波动对大气热结构的影响。