北半球冬季准定常行星波传播的年代际变化

通过利用NCEPNCAR再分析资料对1958—2004年共46个冬季北半球大气准定常行星波传播的年代际变化进行分析，发现气候态意义下的准定常行星波沿高纬度由对流层向平流层的传播和在对流层内向低纬度的传播之间存在显著的反相振荡关系. 进一步的研究还表明，准定常行星波传播的年代际变化与北极涛动有密切的联系；北极涛动的正位相对应于在对流层有异常强的从中高纬度向低纬度对流层顶附近的波动传播，同时通过极地波导向平流层的传播明显减弱.其结果不仅说明大气内部的准定常行星波与纬向平均流相互作用可以产生年代际尺度的变化；而且提供了平流层变化影响对流层大气环流长期变化的一种动力学机制.     

2003-2004年冬季北半球爆发性增温期间极地平流层甲烷、水汽的演变特征

利用欧洲空间局(ESA)提供的ENVISAT/MIPAS(Michelson Interferometer for PassiveAtmospheric Sounding)卫星观测数据以及ECMWF业务分析场,综合分析了2003-2004年冬季北半球爆发性增温(SSW)事件中极地平流层大气甲烷和水汽的演变特征.结果表明:(1)增温出现时,平流层高、中层极涡先后发生分裂,对应的甲烷、水汽极值中心也同时发生分裂;(2)增温下传过程中,平流层中上层甲烷、水汽同时具有"向上输送"的特征,这主要是由极地平流层的上升运动造成;增温过程中行星波活动引起的向极输送造成这种"向上输送"特征在高层具有一定的超前性;(3)增温后期,高层极涡迅速恢复,极涡内的下沉运动将中间层低层的空气(甲烷、水汽浓度极低)输送进入平流层,造成平流层高层极涡(52 km附近)内出现甲烷、水汽浓度的异常低值.     

2003—2004年冬季北半球爆发性增温期间极地平流层甲烷、水汽的演变特征

利用欧洲空间局（ESA）提供的ENVISAT/MIPAS （Michelson Interferometer for Passive Atmospheric Sounding）卫星观测数据以及ECMWF业务分析场,综合分析了2003—2004年冬季北半球爆发性增温（SSW）事件中极地平流层大气甲烷和水汽的演变特征.结果表明：（1）增温出现时,平流层高、中层极涡先后发生分裂,对应的甲烷、水汽极值中心也同时发生分裂;（2）增温下传过程中,平流层中上层甲烷、水汽同时具有“向上输送”的特征,这主要是由极地平流层的上升运动造成;增温过程中行星波活动引起的向极输送造成这种“向上输送”特征在高层具有一定的超前性;（3）增温后期,高层极涡迅速恢复,极涡内的下沉运动将中间层低层的空气（甲烷、水汽浓度极低）输送进入平流层,造成平流层高层极涡（52km附近）内出现甲烷、水汽浓度的异常低值.     

大气臭氧层变化与南亚高压活动关系的探讨

从亚洲地区 10 0hPa位势高度场及臭氧观测站的臭氧总量资料中 ,通过统计分析发现南亚高压移动与大气臭氧总量变化两者之间存在相关性 .当臭氧总量由最大距平值开始下降 1个月后 ,南亚高压在 10°N以北 ,15 0°E以西的范围内建立 .臭氧总量继续下降 3～ 4个月后 ,南亚高压出现北跳 ,其中 2 5°～ 33°N ,85°～ 95°E是北跳的一个关键区 .10 0hPa位势高度距平与臭氧距平呈反相关关系 ,且位势高度距平的最大振幅较臭氧距平的最大振幅超前 2～ 3个月出现 .     

卫星遥感监测大气臭氧总量分布和变化

 利用卫星紫外仪器TOMS、OMI和TOU的臭氧总量数据(1979-2014年),研究了全球及关键地区臭氧总量的分布及变化。讨论了南北半球臭氧总量分布和变化的差异,探讨了影响臭氧分布和变化的可能因子。重点分析了中国区域、青藏高原和极地的臭氧变化,并利用FY-3数据对南极臭氧洞和北极臭氧低值进行了监测。结果表明,臭氧总量的分布和变化在中高纬度地区具有很强的不均匀性,极地臭氧损耗依然明显,青藏高原的臭氧增长大于同纬度其他地区,其机制更加复杂。     

东亚地区平流层臭氧变化特征及其与温度场的相关分析

臭氧是影响平流层温度变化的主要因素,作者利用NCEP的臭氧与温度的再分析资料,分析了东亚地区1979—2008年平流层各层臭氧与温度的变化趋势以及二者的相关关系.分析结果表明,平流层各层次臭氧与温度的变化趋势大致相同,有较强的相关关系.为了更好地分析二者的相关关系,进行了平流层3个层次(100、70、50 hPa)欧亚大陆O3场与东亚温度场的奇异值分解(SVD)分析.结果显示,3个层次上第1奇异向量的方差贡献都达到90%以上,可见3个层次第1奇异向量对应的SVD模态是最主要的模态,代表了此两要素场相互作用的主要特征,即①欧亚大陆上西风带行星波影响区域对应的臭氧含量高,则行星波东亚大槽上空平流层温度偏高,反之则偏低;②欧亚大陆上热带东风急流区域对应的臭氧含量低,则台湾以南-南海区域上空平流层温度偏低,反之则偏高;③同时发现平流层中低层的大型经向环流在影响中-低纬地区臭氧分布的过程中起了一定作用.     

亚印太交汇区低纬上空不同层次大气臭氧的时空变化分析

 利用ECMWF 195709~200208共45a的多层臭氧质量混合比月平均资料,详细分析了亚印太交汇区(AIPO)低纬地带上空平流层、对流层各层次上臭氧浓度的分布特征.结果表明:①区域上空对流层、平流层及臭氧总量大尺度特征均显著,纬度带分布特征明显;②对流层和平流层臭氧各个季节变化趋势相反,平流层臭氧和臭氧总量各个季节变化趋势一致;同一层次夏季臭氧浓度变化趋势与其他3个季节变化趋势相反;③区域上空20~3hPa是臭氧浓度的高值区,50~30hPa臭氧平均变化幅度最大;④对流层臭氧距平变化在整个高度上较为一致,正、负距平随季节绕赤道做南、北半球摆动,且存在季节性突变;⑤赤道上空有明显从平流层上层随季节逐渐往较低层传播的臭氧正负距平现象.     

青藏高原和伊朗高原上空臭氧变化特征及其与南亚高压的关系

采用TOMS、HALOE和SAGEⅡ臭氧卫星观测资料,对青藏高原上空臭氧的垂直结构和变化特征以及伊朗高原臭氧低值中心做了相应的研究,并且对两个高原臭氧低值中心进行了对比.结果表明:夏季伊朗高原同青藏高原一样存在臭氧低值中心;青藏高原和伊朗高原上空臭氧含量的变化与同纬度带其他地区相比,在12～22km或120～30 hPa这个气层中减少最明显,在此气层中伊朗高原上臭氧的减少比青藏高原上的更厉害.进一步采用NCEP/NCAR再分析资料分析了亚洲上空位势场和位温的变化及其与臭氧变化的关系,结果显示青藏高原和伊朗高原上空臭氧含量的变化和南亚高压有着密切的关系.南亚高压正好处在青藏高原和伊朗高原上空,夏季当南亚高压中心偏伊朗高原时,伊朗高原上空臭氧总量比多年平均值低,6、7月份随南亚高压中心位置的变化,伊朗高原上空臭氧总量变化明显,而青藏高原上空臭氧总量变化不是很明显.利用此区域夏季等位温面的变化对上述关系的机理进行了初步的探讨.     

平流层爆发性增温的时空分布特征

利用1950～2003年逐日平均NCEP资料,对平流层爆发性增温（SSW）的特征进行了统计分析,得到如下结果：北半球SSW具有多发性,在这53年里共发现了69次增温事件,平均每年一次以上,有些年份甚至出现2～3次;SSW中心位置随高度变化,在较低层（16 km附近）中心位置大部分偏于西半球的北美北部到北极地区,高层（30 km附近）附近其中心多偏于东半球欧亚大陆的北边到北极地区;北半球SSW最先发生在30 km附近的欧亚大陆以北地区,然后由上向下延伸和传递,同时中心位置也逐渐转到西半球的北美大陆北端;在北半球发生SSW期间,平流层温度场和环流场的变化也会影响到对流层,引起对流层温度场和环流场的变化.对2002年9月发生在南半球平流层的一次强爆发性增温进行分析表明,南半球的这次SSW发生时表现出的特征与北半球稍有不同,在较低层（16 km附近）SSW中心出现在东半球的南端,在较高层（25～30 km）SSW中心位于西半球的南端.     

平流层NAM异常对东北冷涡活动影响的研究

为了研究平流层环流异常对东北冷涡的影响, 使用NCEP/NCAR(1958?2010年)再分析资料(日平均、月平均位势高度场及温度场), 对平流层NAM (northern hemisphere annular mode, 北半球环状模)异常期间东北冷涡的活动特征和三维空间结果进行了统计和合成分析。结果发现, 与平流层NAM正异常相比, 在平流层NAM负位相异常期间, 东北冷涡发生的频次更多和持续天数更长, 强度也更强。对平流层NAM不同位相异常期间的合成分析表明, 在平流层NAM负位相异常期间, 东北冷涡强度更强, 与平流层环流异常联系更紧密。同时平流层NAM负位相异常期间, 有强的行星波活动, 行星波的活动促进和加强了东北冷涡的发展。研究结果对使用平流层NAM异常预测冬季东北冷涡有重要意义。     

北半球温带反气旋的气候统计特征

利用美国国家环境预报中心(National Centers for Environmental Prediction,NCEP)/美国国家大气研究中心(National Center for Atmospheric Research,NCAR)再分析资料,采用判定和追踪反气旋的客观方法统计分析了1948～2016年北半球冬季温带反气旋活动特征。研究发现,北半球温带反气旋主要活动在中东部的北太平洋、东北大西洋、北美的沿落基山脉东部和美国东部、欧亚的环地中海、伊朗高原、青藏高原以北且贝加尔湖以南地区。海洋上、北美洲和环地中海地区上的反气旋夏季频数最高,而伊朗高原、青藏高原以北且贝湖以南的反气旋均冬季最多。海洋上的反气旋生成区域分布较分散,且主要向偏东方向移动、发展,且具有季节变化。相比于海洋,大陆上反气旋生成的纬度较低,主要向东南方移动、发展。北美大陆上的反气旋夏季生成的较多,冬季移动范围较广。北半球反气旋年平均过程数呈缓慢上升趋势。夏季过程数最多,且从1970年开始呈上升趋势。欧亚地区的反气旋过程数最多,其次太平洋,大西洋最少,但是同一个区域的四季相差较小。反气旋的中心气压大值区的形态和高频区的分布形态相似,且中心气压有明显的季节变化。四季中冬季反气旋最强。秋冬季节是欧亚地区的反气旋最强,大西洋的最弱。春夏季大西洋的反气旋最强,欧亚地区的最弱。四季均是欧亚地区的反气旋的平均纬度较低,且冬季最低。北美地区的反气旋除秋季均是移动纬度范围最大的。反气旋数随生命史的变长而急剧下降,90%左右的反气旋的生命史在4 d内,四季均是大洋上的反气旋生命史较大陆上的长。     

Extreme climate of the global troposphere and stratosphere in 1940-42 related to El Niño

Although the El Ni?o/Southern Oscillation phenomenon is the most prominent mode of climate variability and affects weather and climate in large parts of the world, its effects on Europe and the high-latitude stratosphere are controversial. Using historical observations and reconstruction techniques, we analyse the anomalous state of the troposphere and stratosphere in the Northern Hemisphere from 1940 to 1942 that occurred during a strong and long-lasting El Ni?o event. Exceptionally low surface temperatures in Europe and the north Pacific Ocean coincided with high temperatures in Alaska. In the lower stratosphere, our reconstructions show high temperatures over northern Eurasia and the north Pacific Ocean, and a weak polar vortex. In addition, there is observational evidence for frequent stratospheric warmings and high column ozone at Arctic and mid-latitude sites. We compare our historical data for the period 1940-42 with more recent data and a 650-year climate model simulation. We conclude that the observed anomalies constitute a recurring extreme state of the global troposphere-stratosphere system in northern winter that is related to strong El Ni?o events.     

South-polar features on Venus similar to those near the north pole

Venus has no seasons, slow rotation and a very massive atmosphere, which is mainly carbon dioxide with clouds primarily of sulphuric acid droplets. Infrared observations by previous missions to Venus revealed a bright 'dipole' feature surrounded by a cold 'collar' at its north pole. The polar dipole is a 'double-eye' feature at the centre of a vast vortex that rotates around the pole, and is possibly associated with rapid downwelling. The polar cold collar is a wide, shallow river of cold air that circulates around the polar vortex. One outstanding question has been whether the global circulation was symmetric, such that a dipole feature existed at the south pole. Here we report observations of Venus' south-polar region, where we have seen clouds with morphology much like those around the north pole, but rotating somewhat faster than the northern dipole. The vortex may extend down to the lower cloud layers that lie at about 50 km height and perhaps deeper. The spectroscopic properties of the clouds around the south pole are compatible with a sulphuric acid composition.     

Extremely cold and persistent stratospheric Arctic vortex in the winter of 2010-2011

Record ozone loss was observed in the stratospheric Arctic in the spring of 2011. In the present work, we show observational evidence that the record loss of Arctic ozone is due to the extremely cold and persistent stratospheric polar vortex in the winter of 2010-2011. The polar vortex was as usual in early winter, but was intensified twice in middle January and middle February, respectively, and remained anomalously strong and stable until early April, 2011. Record low polar temperatures and record high subpolar zonal winds occurred in February and March. Stratospheric wave activity was anomalously weak because waves were refracted equatorward by the anomalously strong polar night jet. With such an extremely cold and isolated environment, Arctic stratospheric ozone was largely depleted in March and early April, 2011. Corresponding to Arctic ozone depletion, the stratospheric Northern-Hemisphere Annular Mode (NAM) displayed anomalously strong high-polarity, and the positive stratospheric NAM propagated downward and led to anomalously strong positive NAM in the troposphere and near the surface.     

MSR资料中臭氧层演变及恢复趋势的分析

 利用一种新的全球臭氧总量再分析(MSR)数据,分析了1978—2008年臭氧总量的时空演变趋势.结果发现:全球平均臭氧总量变化在1996年以前主要表现为显著的下降,其后下降趋势变缓,进入WMO所规定臭氧恢复第1阶段的变化模式.前期臭氧下降趋势为-1.037 4×10^-4 cm/月,后期减小为-3.750 0×10^-6cm/月;1996年以前全球臭氧总量为普遍减少,显著区域主要集中在北半球中纬度和南半球中高纬度,1996年以后在60°S~30°N间和北美北部及其以东海域出现有大面积的臭氧总量增加的区域,臭氧增加和减少的量均较少;不同地区臭氧总量的变化均不相同,青藏高原为持续减少转为略有增加,赤道西太平洋由基本不变转为增加,南极从急剧减少转为略有增加.     

Further exploration on causes of temperature anomalies associated with the abnormal northern annular mode

This article concerns the temperature anomalies during the high index phase of the northern annual mode for the wintertime from January to March, The response of the zonal and meridional winds and the temperature advection caused by the anomalous horizontal wind are investigated. The results show that both the zonal and meridional winds experience strong anomalies and the temperature advection induced by both the anomalous zonal and meridional winds is responsible for the temperature anomalies associated with the high index northern annual mode. The temperature advection induced by the anomalous zonal wind contributes dominantly to the cooling in the Atlantic and the Bering Sea while the temperature advection induced by the anomalous merional wind contributes dominantly the warming in the United States of America and the cooling in southern Europe and Canada. The superposed influences caused the obvious warming in north Eurasia.     

中国西南上空大气臭氧垂直分布的结构特征

 用球载电化学臭氧探空仪于2001年春季在中国西南昆明上空测得臭氧垂直分布的精细结构,结果表明臭氧垂直廓线具有多层次特征.在21～30km高度之间是臭氧分压多峰值的极大值层,极大值平均为15.13mPa,臭氧混合比极大值平均高度在30.2km.对流层顶附近臭氧分压存在极小值,且有南风分量的极大风层对应.对流层上层和平流层低层出现臭氧峰值时,其峰值层附近具有显著的冷平流特征.在5km以下观测到了不稳定的对流层臭氧高浓度峰值层.     

马蹄参属的起源和地理分布

根据现代理分布及近缘化石的分布状况,讲座了马蹄参属的起源和地理分布,划定了该属植物的分布区类型,确认马蹄参属曾广泛分布于欧亚大陆和北美洲,可能于晚白垩纪起源于中、西欧,散布途径主要有两条：从起源地经西亚沿提特斯海北岸传播进入东南亚和中国南部;从起源地经格陵兰群岛进入北美洲。马蹄参属的现代分布格局主要是由以下三方面因素形成的：气候变迁、地史变迁、植物自身生物特性及对不良环境的适应能力。     

卫星遥感监测全球和中国区域大气CO变化特征

 利用2000 年3月--2014年12月TERRA/MOPITTCO柱总量数据,研究了全球及中国区域大气CO 柱总量的时空变化特征。分析表明,北半球大气CO 柱总量显著高于南半球。中国东部是全球CO 高值区,青藏高原、格陵兰岛、南美洲西部沿海安第斯山脉为全球CO 低值区。CO 柱总量在全球范围内表现出显著的季节变化,北半球CO 含量在北半球春季最高,北半球冬季达到最低;南半球CO含量在南半球春季最高,南半球秋季达到最低。在月时间尺度上呈现出规律性波动,高值月份分别出现在3-4月、9-10月,低值时段分别出现在7月和1月。中国区域CO柱总量呈东高西低的阶梯状分布,东部的高值区主要分布在河北南部、山东西部、河南东部。中国区域CO柱总量在春季最高,南方地区在夏季达到最低值;北方地区在秋季达到最低值。对全球和中国区域CO含量长时间序列分析显示,2011-2014 最近4 年全球及中国区域大气CO柱总量呈下降趋势。中国东部沿海经济区和南部沿海经济区的年下降速率在1%左右,大西北经济区下降幅度最小。