夏季北太平洋副热带高压年际变化的特征时间尺度及其时空演变

 应用三维数据的时间小波变换方法分析研究了夏季北太平洋副热带高压年际变化的特征时间尺度及其时空演变.结论为:夏季北太平洋副热带高压年际变化的特征时间尺度分别约为2,5 a和更大的时间尺度;2 a和5 a特征时间尺度的最大振幅能量活动中心分别位于北太平洋西部的(27.5°N,135°E)附近和北部的(35°N,167.5°E)附近;其相应的最大振幅能量活动中心在纬向上表现出了明显的东西向波动的时间演变特征;在经向上则表现出了明显的阶段性和较小振幅的南北向波动的时间演变特征;从较长时间的长期演变来看,5a特征时间尺度的最大振幅能量活动中心的位置有一种向南移动的趋势.     

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.     

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.     

亚洲地区十一个臭氧观测站资料的某些基本变化特征

本文利用亚洲地区11个大气臭氧观测站12年(1965—1976)的臭氧总量月平均资料及相应时段里亚洲上空500mb位势高度等气象资料,采用相关分析和谐波分析等基本方法,初步研究了亚洲上空臭氧含量的某些基本时空变化规律,发现臭氧分布及其变化趋势上均有明显而确切的经向和纬向差异存在,並指出在30—35°N的纬度带上臭氧分布及变化有异常的跃变现象。     

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.     

西太平洋副热带高压第一次北跳前青藏高压的变化

初夏,与长江流域人梅相对应的500hPa西太平洋副热带高压第一次北跳发生在100hPa青藏高压纬向振荡的某一特定趋势的时段上:当在30°N,80°E附近上空的青藏高压缓慢东移时。5天之内西太平洋副热带高压发生第一次北跳的可能性较大。     

东亚中纬度地区臭氧变化与磁暴关系探讨

本文分析了东亚30°N和40°N上空大气臭氧总量与磁暴活动的变化特征,并采用交叉谱的方法,着重研究了第20太阳活动周内臭氧总量变化和磁暴活动的相互关系,这种相互关系随纬度而有所差异。此外,在太阳活动第20周期间,30°N上空臭氧总量月平均量和磁暴月频数的周期性变化之间存在着密切的关系,且这些变化与大气环流的某些周期韵律有很好的对应。     

中国云南地区地面紫外辐射观测

 在云南丽江(26°52′N,100°13′E)和勐腊(21°29′N,101°34′E)两地分别对以254nm和297nm为中心波长的太阳紫外辐射作了地面观测.观测时间为1999年7月～2000年5月.本文分析了两地紫外辐射的时空变化并初步讨论了与云量、臭氧总量的相关关系.研究结果表明:297nm波段的紫外辐射夏季强,冬季弱,具有明显的季节变化.丽江地区的紫外辐射在同一云量条件下高于勐腊地区,这可能是由海拔高度的差异引起.云量对两地的紫外辐射变化有强烈的影响,而当剔除云量、季节和随机变化等影响因素后,紫外辐射和臭氧总量呈现出了负的相关关系.     

北半球仲春平流层行星波活动对臭氧总量分布的影响

采用NCEP/NCAR再分析资料和TOMS臭氧总量资料,分析了1979～2003年4月份平流层行星波1波和2波的变化,及其对北半球中高纬臭氧总量分布的影响.结果表明,在通常情况下,4月份平流层中下层行星波1波强于2波,对应的位势高度场在欧亚大陆北部为一低压涡旋,而北美北部为一高压区.此时,从东北亚到北加拿大为臭氧总量的高值区,而北欧至格陵兰一带为臭氧的低值区.但在有些年份,2波比较强时,相应的位势高度场在极地为一明显的低压涡旋,此时在极地附近会出现臭氧低值区.个别年份如1997年,1波在25年中最强,2波也很强,强低涡中心比常年更靠近北极点,在与之位置相同的地方出现了25年中最明显的臭氧洞.还有一些年份,北极地区主要由高压控制,臭氧总量的高值区基本上出现在北极及其附近.     

龙凤山和瓦里关臭氧总量异常变化与天气过程关系研究

通过对黑龙江龙凤山和青海瓦里关Brewer 地基臭氧总量的长期观测资料以及与观测时段对应的全球 NCEP R1 系列位势高度再分析资料的统计分析发现, 龙凤山和瓦里关臭氧总量观测值有时存在剧烈的逐日变化, 对这种异常变化进行定量分析, 并对其与对流层天气过程的关系进行研究, 发现两者之间存在良好的对应关系。臭氧总量的异常变化大多数出现在11 月至次年5 月的冬、春季节, 并且臭氧总量的异常升高(第一类异值点)总是伴随着平流层低层(250~70 hPa)的槽线和地面(1000 hPa)的低压中心后方的天气形势, 而臭氧总量的异常降低(第二类异值点)则时常伴随平流层低层的脊线和地面的高压中心后方的天气形势, 这表明臭氧总量的异常变化可以作为地面天气系统转变的一个信号。     

Changes in tropospheric ozone levels over the Three Representative Regions of China observed from space by the Tropospheric Emission Spectrometer (TES), 2005–2010

Tropospheric ozone observations over China from 2005 to 2010 at three pressure levels (484,681 and 825 hPa) from the Tropospheric Emission Spectrometer on board the NASA Aura satellite have been analyzed.Fourier Transform analysis revealed the trends and seasonality of regionally-averaged,monthly-mean ozone concentrations over western,northern and southern China.Significant increases in ozone levels are found over all three regions at 464 hPa and the rate of increase is fastest over northern China,reaching 0.89±0.059 nL/(La).At 681 hPa,ozone shows increases over northern and western China,at a rate of 0.57± 0.065 nL/(La) and 0.41±0.041 nL/(La) respectively,but is constant over southern China.At 825 hPa,ozone increases at a rate of 0.36±0.074 nL/(La) over northern China,while decreasing over southern China at a rate of 0.21±0.061 nL/(La).Over the three regions,ozone levels are generally higher in summer and lower in winter.Over southern China at all three pressure levels and northern China at the 825 hPa level,ozone shows double peaks occurring in spring and autumn as a result of the combined effects of atmospheric chemistry and global transport.This work provides a useful observational dataset and tools for future analysis of changes in tropospheric ozone over China.     

南亚地区生物体燃烧对昆明地区对流层中下层臭氧浓度的影响

2001-03-21在昆明用电化学臭氧探空仪探测到了对流层低层异常的高浓度臭氧分布。这个个例中昆明对流层低层异常的高浓度臭氧分布特征不同于2001-03-08的昆明个例。使用NCEP分析资料、中尺度数值模式MM5模拟的大气环流数据、卫星观测的东南亚地区的生物体燃烧状况、气溶胶指数等资料,分析了这段时间的天气形势、大气环流、空气块后向轨迹以及生物体燃烧产生的烟尘轨迹,结果发现高浓度的臭氧空气来源于有生物体燃烧的南亚地区。这与以往研究中东南亚地区生物体燃烧导致华南地区对流层低层臭氧浓度异常增高有所不同。     

南亚地区生物体燃烧对昆明地区对流层中下层臭氧浓度的影响

2001-03-21在昆明用电化学臭氧探空仪探测到了对流层低层异常的高浓度臭氧分布。这个个例中昆明对流层低层异常的高浓度臭氧分布特征不同于2001-03-08的昆明个例。使用NCEP分析资料、中尺度数值模式MM5模拟的大气环流数据、卫星观测的东南亚地区的生物体燃烧状况、气溶胶指数等资料,分析了这段时间的天气形势、大气环流、空气块后向轨迹以及生物体燃烧产生的烟尘轨迹,结果发现高浓度的臭氧空气来源于有生物体燃烧的南亚地区。这与以往研究中东南亚地区生物体燃烧导致华南地区对流层低层臭氧浓度异常增高有所不同。     

南亚边缘海域热带气旋年频次与对流层风场变化的关系

利用1958-1998年NCAR/NCEP再分析资料和美国海军联合台风警报中心JTWC (Joint Typhoon Warning Center)提供的同时期南亚边缘海域(包括阿拉伯海、孟加拉湾和南海)热带气旋资料,分析了这3个海域热带风暴高发期气候上100hPa和850hPa风矢量特征,以及100hPa纬向风强度分别与这3个海域热带气旋年频次之间的关系。结果表明:在阿拉伯海及孟加拉湾热带气旋生成数与100?hPa东风气流强度之间存在极好的正相关关系,即东风气流加强热带气旋数目增多,反之减少。而南海由于位于南亚高压东南侧,经向风的显著地位使南海热带气旋与100hPa经向风强弱变化有联系而与纬向风的关系减弱。     

南亚边缘海域热带气旋年频次与对流层风场变化的关系

利用1958—1998年NCAR/NCEP再分析资料和美国海军联合台风警报中心JTWC(Joint Typhoon Warning Center)提供的同时期南亚边缘海域(包括阿拉伯海、孟加拉湾和南海)热带气旋资料,分析了这3个海域热带风暴高发期气候上100hPa和850hPa风矢量特征,以及100hPa纬向风强度分别与这3个海域热带气旋年频次之间的关系。结果表明:在阿拉伯海及孟加拉湾热带气旋生成数与100hPa东风气流强度之间存在极好的正相关关系,即东风气流加强热带气旋数目增多,反之减少。而南海由于位于南亚高压东南侧,经向风的显著地位使南海热带气旋与100hPa经向风强弱变化有联系而与纬向风的关系减弱。     

南海夏季风爆发与华南前汛期锋面降水气候平均的联系

利用1958-2000年NCEP/NCAR再分析日平均资料、中国气象局气候中心常规地面观测日降水资料,从气候平均角度诊断分析了南海夏季风爆发和撤退前后大气结构特征及其与南亚季风的差异,探讨华南前汛期锋面降水对南海夏季风爆发的可能影响。结果表明:①季节转换期间南海地区大气热力结构、动力结构的配置具有与孟加拉湾和南亚地区明显不同的特征,大气低层(850 hPa以下)温度梯度的逆转(由负变正)发生在西南季风爆发之后。②850hPa西风建立在南海大气低层(850 hPa以下)经向温度梯度为弱负值的时候,是受热成风约束的结果。③季节转换期间南海地区大气热力结构、动力结构的配置具有独特性,是由于东亚地区独特的地理位置,受来源于中纬度冷空气影响的缘故。④随着华南降水强度加强,对流释放潜热加热了中高层大气,有利于南海经向温度梯度的逆转,从而在热成风关系约束下使高层南亚高压的北移,因此华南前汛期第一阶段锋面降水是南海夏季风爆发的有利因素。     

1979-2011年东亚地区大气臭氧层变化趋势分析

 采用1979—2011年欧洲中期天气预报中心（ECMWF）的ERA-Interim的臭氧总量资料和分层资料,利用气候倾向率、Mann-Kendall检验等方法,分析了东亚地区臭氧总量及对流层、平流层臭氧的变化趋势.研究结果表明：①1979—2011年东亚地区臭氧总量总体来看呈现下降趋势.进一步将所考时段分为2期来看,臭氧总量在II期(1994—2011)稍有上升趋势,但尚未达到Ⅰ期(1979—1993)的平均臭氧总量水平,故认为东亚地区臭氧总量在21世纪初的恢复尚不明显;②东亚臭氧总量33年中的突变点是1984年,显著下降时间是1986年以后;③对东亚对流层-平流层的4个代表层的研究发现,4个层次的臭氧质量分数年际变化均呈下降趋势,其中臭氧质量分数下降速率最快的层次是10hPa,从低层到高层,臭氧质量分数的下降速率呈现“快-慢-快”的变化特点.     

中国冬季降水对东亚春季O3强弱信号的响应

 利用欧洲中心(ECMWF)ERA-Interim提供的1979—2013年的O₃、温度和位势高度逐月资料及国家气候中心的160站的逐月降水资料,采用EOF分析、相关分析和合成差值分析等方法,分析了东亚春季臭氧的时空变化特征及中国冬季降水对东亚春季O3强弱信号的响应.研究发现：①通过EOF分析可知,东亚春季O₃主要有3种变化特征：其一是东亚春季不同时间的O₃随着纬度的增加而增加（或减少）.其二是青藏高原是一个O₃异常信号较强的地区.其三是鄂霍次克海以西的内陆地区和中国东北部地区的春季O₃异常信号最强,且这两地区的异常信号位相相反.②东亚春季O₃强时,中国冬季降水从西到东呈现了“多-少-多-少-多-少”的分布.这种响应显著的区域位于北方和内陆地区,而中国的东南地区较弱.这就说明,东亚春季O₃对中国冬季降水是有一定的影响的.O₃是如何引起中国冬季降水出现这种波列分布的原因尚有待于进一步的研究.③选取了6个层次分别代表平流层和对流层来开展研究.从相应于O₃强弱年的温压场分析来看,北半球冬季的温度场和位势高度场的合成差值在中高纬度都呈现了波列的分布,在平流层呈“正-负-正”分布,在对流层呈“负-正-负-正-负”分布,且这种温压场对O₃变化的响应在50、100、500hPa和700hPa层次最为显著.据此推测,东亚春季O3变化会引起北半球的温度场和位势高度场的调整,从而使得中国冬季降水分布出现异常.
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区域气候模式和大气化学模式对中国地区气候变化和对流层臭氧分布的模拟

在区域气候模式的基础上引入了对流层大气化学模式，并实现两的双向反馈连接，利用该模式系统模拟中国地区对流层大气臭氧和区域气候，发现东亚季风是影响中国地区对流层大气臭氧分布的重要原因，并且对流层臭氧分布局域性较为明显。模拟也得到了模拟区域气候的四个典型月特征，并与分析资料对比验证了所得结果。此外利用大气化学模式计算的臭氧反馈到区域气候模型中，模拟对流层臭氧增加背景下。模拟区域内晴空辐射强迫的变化。