Hadley环流上升支特征及其与东亚臭氧变化的关系

 利用NCEP/NCAR再分析风场资料和TOMS臭氧总量资料以及ECMWF臭氧混合比资料,用叠加计算方案分析了1992~2002年整10 a的平均经圈环流(MMC)气候态特征;在此基础上定义了Hadley环流上升支强度指数(HAI),研究Hadley环流上升支与东亚地区臭氧的相关关系.结果表明:南、北半球的2个Hadley环流圈的公共上升支具有明显的季节特征;冬、夏HAI(WHAI/SHAI)均表现出明显的年变化,WHAI在2月最强,SHAI在8月最强,WHCI与其所处高度的负相关性较夏季好.分析还指出,Hadley环流上升强度越强,同期东亚相对应的Hadley环流上升极值高度处对流层臭氧浓度越小.     

冬季Hadley环流活动与大气臭氧变化的关系研究

 利用1957年9月到2002年8月,共540个月的ECMWF的经向风和臭氧质量混合比资料,分析研究了冬季Hadley环流强弱特征的变化对臭氧变化的影响.分析指出在冬季伴随Hadley环流的增强,其中心南移,高度升高,臭氧在对流层增加,平流层减少,臭氧总量呈现出减少的趋势.Hadley环流的增强,中心南移,高度升高以及臭氧在对流层的增加对全球变暖是正反馈,而平流层臭氧减少,臭氧总量减少对全球变暖是负反馈.因此Hadley环流的强弱对臭氧的影响明显.     

北半球Hadley环流与臭氧气候演变规律及其相互关系

 利用欧洲中心(ECMWF)1957年9月到2002年8月共540月的ERA-40的经向风和臭氧质量混合比月平均资料,通过定义一系列Hadley环流指数来分析研究Hadley环流与臭氧的气候演变规律及其相互关系.分析指出:①在定义的几个Hadley环流指数中,北半球Hadley环流强度指数(NHCI)与臭氧的相关最好,全球Hadley环流指数(HCI)次之.因此进一步运用功率谱和凝聚谱方法对NHCI与臭氧的变化做出周期分析;②南半球臭氧的时间序列与Hadley环流各指数的相关关系最好,赤道次之,北半球相对小一些;③NHCI与臭氧之间的相关关系总体表现为明显的纬度带分布,说明了不同的纬度,平均经圈环流(MMC)对臭氧的输送作用不同.④NHCI与臭氧的季节变化都十分显著,二者之间有很多显著的共振周期,最突出的约为5~6个月,1 a的共振周期是各自变化的显著周期.臭氧的变化落后于NHCI振荡,且不同的纬度带落后时间长度不同.     

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.     

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。     

北京气象塔秋季大气O3，NOx及CO浓度变化的观测实验

利用北京325m气象塔作为高空平台,于1998年秋季进行了大气污染物臭氧(O₃)及其前体物氮氧化物(NO_x)、一氧化碳(CO)和气象要素的同步观测．分析边界层内O₃,NO_x,CO浓度(用体积分数表示)的变化规律,发现边界层内存在明显的O₃体积分数的垂直差异,低层(47m)O₃体积分数存在典型的日变化,夜间高层(280m)O₃的化学消耗较弱,可维持较高的体积分数,并受水平平流等气象因子的影响．局地光化学生成是白天大气边界层O₃的主要来源．冷锋天气过程可造成O₃及其前体物体积分数的显著变化.     

热带印度洋海温变化对东亚地区臭氧层分布的影响

利用英国Hadley中心的海温和NASA的臭氧混合比的月平均再分析资料,计算表征热带印度洋海温变化的主模态(IOB、IOD)的IOBI指数和IODI指数,分析了1980—2015年间热带印度洋海温异常与东亚地区平流层臭氧混合比之间的相关关系,探讨了热带印度洋海温变化对东亚臭氧层分布的影响.结果表明:(1)热带印度洋海温变化对东亚地区平流层臭氧分布有明显的影响,并且与IOB、IOD的时间变化规律相一致;(2)IOBI、IODI与东亚平流层臭氧变化具有一定的相关关系,特别是在春、秋季节时,平流层低层(70 h Pa)和中层(40h Pa)高度处两者间的相关性尤为显著.     

南亚季风环流与臭氧时空分布变化关系的特征分析

利用2005年1月至2017年12月搭载在美国环境监测Aura卫星上的臭氧监测仪（Ozone Monitoring Instrument, OMI）数据和NCEP气象资料,在夏季风环流指数定义方法的基础上,重新定义了南亚区域冬季风环流指数,并分别计算了南亚夏季风和冬季风环流指数. 结合冬夏两季环流的强弱变化采用相关分析、合成分析和奇异值分解（Singular Value Decomposition, SVD）等方法,探讨了环流异常形势下臭氧的时空变化特征. 结果表明:①南亚夏季纬向环流与经向环流的强度变化存在一致性,冬季经向环流与纬向环流的强度变化差异较大. ②南亚臭氧柱总量的季节变化明显,且近13年来臭氧柱总量整体呈上升趋势. ③夏季（冬季）风环流指数与对流层中低（中高）层和平流层中低层臭氧的相关性显著,但夏季平流层和对流层的相关趋势相反. ④夏季风环流增强对应青藏高原?伊朗高原上空及南侧区域的上升运动增强,对臭氧的输送作用是造成对流层臭氧分布呈现差异的原因. ⑤冬季风环流强弱期的垂直上升和下沉运动中心的移动,以及南北向、东西向气流交汇区的差异是造成臭氧分布不同的原因.     

2001年春季临安、昆明和香港臭氧垂直分布特征的对比分析

利用2001年3月到4月上旬在中国临安、昆明和香港特别行政区进行臭氧探测获得的资料,对这3个地点的臭氧垂直分布特征进行了分析与对比,发现3个地点的臭氧分布特征既有相同点,也有不同点。其主要不同点有,最大臭氧分压和所处高度不同;临安10～16km高度的臭氧浓度远远大于昆明与香港;在对流层低层,香港有一特别突出的高臭氧浓度层,昆明次之;临安对流层的中上层没有像昆明和香港出现的臭氧低值区现象。根据NCEP分析资料给出的2001年3月的背景大气环流特征表明不同的大气环流有不同的臭氧垂直分布特征,临安地区易受北方冷气团的影响,昆明和香港则受低纬度暖湿气团影响较大;对流层高层的副热带急流对3个地点臭氧垂直分布也有不同的影响。     

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.     

Ozone vertical variations during a typhoon derived from the OMI observations and reanalysis data

Typhoon is considered to play a key role in the dynamical exchange processes taking place between the troposphere and stratosphere. In this paper, the impact of typhoon on the ozone distribution in the upper troposphere and middle stratosphere is investigated using ozone profiles measured by Aura’s Ozone Monitoring Instrument and meteorological fields from reanalysis data. During the passage of Typhoon Hai-Tang in 2005 over the western North Pacific, low values of ozone column above 200 hPa and ozone mixing ratio between the upper troposphere and the middle stratosphere (from 200 to 50 hPa) are observed right above the typhoon’s track, a result due to the strong upward propagation of air associated with overshooting convection in typhoon. A comparative analysis of different stages of Hai-Tang suggests that in the region where typhoon has higher intensity the troposphere-to-stratosphere transport is enhanced. These results indicated that the typhoon has a significant impact on the ozone variation in the upper troposphere and the middle stratosphere.     

穿越东亚不同定义对流层顶质量和臭氧通量的分析

选取动力学和热力学定义的对流层顶作为平流层和对流层之间的分界,并利用等熵坐标下的Wei公式对东亚地区穿越对流层顶的质量和臭氧通量进行了分析,结果发现对流层顶的选择对于研究平流层与对流层交换方面的作用至关重要.东亚地区质量和臭氧通量交换在整体上具有明显的年代际变化特征,1958～2001年近44a的通量交换距平变化可以分为3个比较稳定的时段:即1958～1971,1972～1985和1986～2001年.在这3个时段中,通量交换距平分布表现为"负正负"的变化趋势,说明在东亚地区质量和臭氧净通量交换情况为先增强后减弱.东亚地区平流层和对流层之间质量和臭氧交换正距平区在东北平原和华北平原附近经历了一个逐渐增强的变化过程,表明这些区域在东亚地区平流层和对流层之间的质量和臭氧通量交换中扮演着越来越重要的角色.     

Seasonal cycle of the zonal land-sea thermal contrast and East Asian subtropical monsoon circulation

Based on analysis of the climatic temperature latitudinal deviation on middle troposphere, its seasonal cycle suggests that due to the rapid warming from eastern China continent to the east of Tibetan Plateau and the heating of Tibetan Plateau in spring, seasonal transition of the thermal difference between East Asia continent and West Pacific first takes place in the subtropical region with greatest intensity. On the accompanying low troposphere, the prevailing wind turns from northerly in winter to southerly in summer with the convection precipitation occurring at the same time. This maybe indicates the onset of the East Asian subtropical summer monsoon. Consequently, we advice that the seasonal cycle formed by the zonal thermal contrast between Asian continent and West Pacific may be an independent driving force of East Asian subtropical monsoon.     

关于大气臭氧问题的主要研究进展

大气臭氧是非常重要的温室气体,其在全球的分布具有不均匀性,受到人类活动的显著影响,近几十年来由于对流层臭氧增加造成正的辐射强迫会增加大气温室效应,而平流臭氧减少会使其吸收的紫外线辐射减少,为负的辐射强迫,使得平流层大气降温。因此关于大气臭氧浓度变化及其对气候的影响是非常复杂的,一直是科学界研究的热点和难点问题。自从20世纪50年代末到70年代就发现臭氧浓度有减少的趋势。1985年英国南极考察队在南纬60°地区观测发现存在大气臭氧层空洞;自此开始,大气臭氧问题引起了世界各国的极大关注,并给予很多研究。目前,平流层和对流层臭氧浓度的观测仍然是研究的重点。鉴于对流层臭氧浓度持续升高和平流层臭氧浓度的不断下降,以及他们在对流层和平流层大气温度中所起的不同作用,本文将主要针对近五年来大气臭氧相关的研究进展进行简要的综述,包括对流层和平流层臭氧浓度及其观测研究,和人类活动的影响等方面进行分述。最后给出目前研究工作的不足和未来工作展望。     

Different types of La Niña events and different responses of the tropical atmosphere

Historical La Nia events since 1950 are divided into Eastern Pacific(EP) type and Central Pacific(CP) type,and the SSTA developing features as well as the different responses of the tropical atmosphere are further analyzed by using multiple datasets.Classification of different types La Nia is based on the normalized Ni o3 and Ni o4 indices and the SSTA distribution pattern during the mature phase.The minimum negative SSTA for CP La Nia is located over the equatorial central Pacific near the dateline,more westward than that of EP La Nia.It has stronger intensity and larger east-west zonal difference of SSTA over the equatorial Pacific than EP La Nia.Influenced by the different SSTA distribution pattern,CP La Nia induces more westward location of the anomalous sinking motion and the anomalous low-level divergent and high-level convergent winds over the equatorial eastern Pacific.The different response of the tropical atmospheric circulation between EP and CP La Nia is more significant in the upper troposphere than in the lower troposphere.However,the tropical precipitation patterns during the mature phase of EP and CP La Nia are much similar,except the less(more) precipitation over the equatorial central Pacific(eastern Indian Ocean-western Pacific) during CP La Nia than during EP La Nia.