中国科大 2024 年优秀毕业论文奖
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我的本科毕业论文获得中国科学技术大学2024 年度校级优秀毕业论文奖。论文利用 WACCM-X 模拟和观测数据，研究 2022 年汤加火山喷发对中间层与低热层区域的扰动。
这份获奖名单由中国科大教务处于 2024 年 6 月发布，共有 87 名本科毕业生获奖，我的毕业论文是其中之一。
研究的问题
2022 年 1 月 15 日，南太平洋的洪阿汤加-洪阿哈阿帕伊火山爆发，强度在有仪器观测的时代极为罕见。爆炸产生的气压脉冲绕地球传播了好几圈，各大洲的气压计都记录到了它。我的论文要回答的是：这个脉冲在远高于天气层的地方，也就是约 70 到 110 公里高度的中间层和低热层，造成了什么影响？那是流星燃烧的高度，也是大气开始稀薄、逐渐过渡到太空的区域。
这一层很难观测。探空气球飞不到那么高，大多数卫星又无法在那里直接采样。能较好覆盖这一层的工具有两种：流星雷达，通过流星尾迹的漂移测量风场；以及 WACCM-X 这类全大气模式，从地面一直模拟到约 500 公里高度。
我做了什么
我使用了 WACCM-X 模拟结果和四个流星雷达站的观测数据。
- 让每个站都“对准”火山。 从点源向外扩散的波沿大圆传播。我把每个站测得的风投影到从火山出发的大圆方向上，让所有站观察的都是扰动的同一个分量。
- 直接对比模式和观测。 我从三个角度把 WACCM-X 输出和雷达数据并排比较：垂直廓线、扰动振幅，以及显示波动周期随时间变化的小波谱。
模式和雷达都表明，火山喷发激发的波到达了远离汤加的各站点上空，在模拟和观测中共同确认：一座火山就能让扰动传遍全球，一直传到太空边缘。
论文的早期版本，我以墙报形式在旧金山的 AGU 2023 秋季会议上做了展示，合作者是 H.-L. Liu、Wen Yi 和 Xianghui Xue。
为什么值得写成一篇毕业论文
在大气科学里，这么干净的自然实验很少见。高层大气中的波动大多来自多个相互叠加的源：风暴、山脉、急流。汤加喷发是一个单一、突然、位置明确的源，之后发生的一切都有确定的起始时间和地点。这让它成为检验模式的试金石：如果 WACCM-X 能复现一个源头完全已知的波的到达时间、振幅和周期，那么对于那些源头看不见的波，我们也能更信任它。
一次火山喷发给高层大气留下了一个清晰的信号，我要做的，就是仔细把它读出来。
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