Abstract Numerical high-resolution modeling of nonlinear acoustic-gravity waves (AGWs) generated at the Earth's surface and propagating to the thermosphere shows that wave characteristics are depending on modifications in the mean density, temperature, molecular dissipation and composition due to variations of solar activity (SA). Amplitudes of temperature wave perturbations are generally larger at high SA at altitudes above 150 km, due to larger mean temperature and smaller molecular heat conductivity. Increasing kinematic coefficients of molecular heat conduction and viscosity result in stronger decreasing AGW amplitudes at altitudes larger 150 km at low SA. Dissipating AGWs generally produce heating at altitudes below 120 km. At larger heights, AGWs generally heat the thermosphere at low SA and cool it at high SA. Wave enthalpy fluxes are mainly upwards below 120 km altitude and downwards above 150 km at high SA, where they may have directions opposite to the upward wave energy fluxes. Downward wave enthalpy fluxes correspond to AGW cooling the upper atmosphere at high SA. Nonlinear dissipating AGWs may produce upward and downward transport of atmospheric mass. These mass flows may produce adiabatic heat influxes in the upper atmosphere. Mainly positive residual wave-induced mass flows at altitudes higher 150 km may contribute to the wave cooling of the upper atmosphere. Wave breaking and interactions between waves and the mean flow in the nonlinear model are stronger at higher amplitudes of AGW excitation at the ground, which lead to bigger energy losses for larger-amplitude waves. At high SA, resulting effects in the thermosphere depend on the balance between, on one hand, increases in wave amplitudes, caused by weaker molecular dissipation and smaller transfer of the wave energy to the wave-induced jet flows, and, on the other hand, decreases in the amplitudes due to higher density and larger AGW reflection. The thermal effects of waves in the upper atmosphere may depend on competitions between heating due to dissipation of the upward wave energy flux and cooling due to divergence of the downward wave entropy (or potential enthalpy) flux. At high SA, larger mean temperatures and larger temperature perturbations might increase magnitudes of downward wave entropy fluxes, which may result in more frequent downward wave enthalpy fluxes and wave cooling of the upper atmosphere.

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在与太阳活动高低相匹配的热层温度下传播的非线性声重力波的热效应

摘要 地球表面产生并传播到热层的非线性声重力波 (AGW) 的数值高分辨率建模表明，由于太阳活动的变化，波特性取决于平均密度、温度、分子耗散和成分的变化。 (SA)。由于较大的平均温度和较小的分子热导率，温度波扰动的幅度通常在 150 公里以上的高 SA 处较大。增加分子热传导和粘度的运动系数会导致在低 SA 时更大的 150 公里高度处的 AGW 幅度下降得更厉害。耗散的 AGW 通常会在 120 公里以下的高度产生热量。在较大的高度，AGW 通常在低 SA 下加热热层并在高 SA​​ 下冷却它。在高SA处，波浪焓通量主要在120 km高度以下向上和150 km以上向下，在那里它们可能具有与向上的波浪能通量相反的方向。下行波焓通量对应于 AGW 在高 SA​​ 下冷却高层大气。非线性消散 AGW 可能会产生大气质量的向上和向下传输。这些质量流可能会在高层大气中产生绝热的热量流入。在 150 公里以上的高度，主要是正残余波浪引起的质量流可能有助于高层大气的波浪冷却。在地面 AGW 激励的较高振幅下，非线性模型中的波浪破碎和波与平均流之间的相互作用更强，这导致较大振幅波的能量损失更大。在高 SA​​ 时，热层产生的影响取决于一方面由较弱的分子耗散引起的波幅增加和波能向波浪引起的喷射流的较小转移，另一方面取决于波幅的减小之间的平衡。由于更高的密度和更大的 AGW 反射而产生的振幅。波浪在高层大气中的热效应可能取决于向上波浪能通量耗散引起的加热与向下波浪熵（或势焓）通量发散引起的冷却之间的竞争。在高 SA​​ 下，较大的平均温度和较大的温度扰动可能会增加下行波熵通量的大小，这可能导致更频繁的下行波焓通量和高层大气的波冷却。由较弱的分子耗散和波能向波引起的射流的较小转移引起，另一方面，由于较高的密度和较大的 AGW 反射，振幅减小。波浪在高层大气中的热效应可能取决于向上波浪能通量耗散引起的加热与向下波浪熵（或势焓）通量发散引起的冷却之间的竞争。在高 SA​​ 下，较大的平均温度和较大的温度扰动可能会增加下行波熵通量的大小，这可能导致更频繁的下行波焓通量和高层大气的波冷却。由较弱的分子耗散和波能向波引起的射流的较小转移引起，另一方面，由于较高的密度和较大的 AGW 反射，振幅减小。波浪在高层大气中的热效应可能取决于向上波浪能通量耗散引起的加热与向下波浪熵（或势焓）通量发散引起的冷却之间的竞争。在高 SA​​ 下，较大的平均温度和较大的温度扰动可能会增加下行波熵通量的大小，这可能导致更频繁的下行波焓通量和高层大气的波冷却。由于更高的密度和更大的 AGW 反射，振幅下降。波浪在高层大气中的热效应可能取决于向上波浪能通量耗散引起的加热与向下波浪熵（或势焓）通量发散引起的冷却之间的竞争。在高 SA​​ 下，较大的平均温度和较大的温度扰动可能会增加下行波熵通量的大小，这可能导致更频繁的下行波焓通量和高层大气的波冷却。由于更高的密度和更大的 AGW 反射，振幅下降。波浪在高层大气中的热效应可能取决于向上波浪能通量耗散引起的加热与向下波浪熵（或势焓）通量发散引起的冷却之间的竞争。在高 SA​​ 下，较大的平均温度和较大的温度扰动可能会增加下行波熵通量的大小，这可能导致更频繁的下行波焓通量和高层大气的波冷却。