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。     

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.     

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.     

东亚和西太平洋地区Hadley环流对对流层臭氧分布的影响

 采用了后向轨迹方法,利用臭氧混合比ρ₃和风场资料,来探讨东亚和西太平洋地区上空Hadley 环流对对流层臭氧分布的影响,文中对所研究关键点上7月份对流层高、中、低三层的轨迹进行分向统计后,计算方向概率与ρ₃的相关系数,得出了东亚和西太平洋地区Hadley 环流水平平流作用对臭氧分布的影响.结果表明:①青藏高原地区上空对流层低层Hadley 环流水平平流作用将会使臭氧混合比减少,而对应的高层南半球Hadley环流下沉支,其总体效果则是使臭氧增加;②在西太平洋地区上空对流层低层,北半球Hadley环流上升支其作用是使臭氧混合比减少,对应的高层南半球Hadley环流下沉支,其影响较弱;③另外,东亚季风的水平平流作用似乎和臭氧的分布也有联系,这还有待于进一步研究.     

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.     

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.     

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.     

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.     

对流层顶大气臭氧的季节变化研究

 采用季节划分和季节突变的概念、理论及方法,对44a(1958~2001年)的大气臭氧资料及对流层顶气压场资料进行了计算,并分析了对流层顶大气臭氧的季节变化.结果发现对流层顶大气臭氧的季节变化在全球大部分区域中的突变性都比较明显,表明对流层顶大气臭氧的季节变化受到上对流层和下平流层中多种因素的影响.通过分析还发现,利用曾庆存所定义的参数R_W(t)及有关的一些概念和方法确能很好地反映对流层顶大气臭氧的季节变化.     

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。     

Mass exchange between stratosphere and trotosphere over the Tibetan Plateau and its surroundings

Using NCEP dataset we calculate the exchange of mass across the thermal tropopause by the Wei's method from 1978 to 1997 over the Tibetan Plateau and its surroundings. We also calculate the annual variation of aerosol and ozone of 100 hPa level with the monthly SAGE dataset from July 1988 to December 1993. Results indicate that ( i ) the mass from troposphere to stratosphere is magistral station in summer over the Tibetan Plateau and its surroundings. The air transport reaches the summit in midsummer with two large value centers, which lie in the north of Bengal Bay and southeastern Tibetan Plateau, respectively. A large value center, which lies over the Tibetan Plateau, is smaller than that aforementioned. In winter, the mass transport is from stratosphere to troposphere, and reaches the minimum in January. ( ii ) As far as the 19-year mean cross-tropopause mass exchange from June to September is concerned, the net mass transport is 14.84x1018 kg from troposphere to stratosphere. So the area from the Tibetan Plateau to the Bengal Bay is a channel through which the mass of lower atmosphere layer gets into upper troposphere and lower stratosphere. (iii) The cross-tropopause mass may take the lower level aerosol to the tropopause. Then, the concentration of aerosol near the tropopause becomes larger, which may cause the content of ozone to reduce.     

Ozone mini-hole occurring over the Tibetan Plateau in December 2003

Since the Antarctic ozone-hole was discovered[1], the ozone depletion in stratosphere and its effect on climate and environment have become the global focus[2-6]. In China, since Zhou et al.[7] in 1994 and later Zou[8] dis- covered the total ozone valley …     

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。     

Relationship between the simulated East Asian westerly jet biases and seasonal evolution of rainbelt over eastern China

Due to the particular geographical location and topog- raphical features, the East Asia exhibits prominent mon- soonal climate with significant seasonal variation and complex spatial distribution of climatic elements. There are many difficulties in simulating and forecasting the weather and climate over East Asia by using climate model system. Generally speaking, the capability and performance of the currently widely-used climate modelsin East Asia are not satisfied. It is of scientific sign…     

对流层垂直臭氧分布变化量对生物质燃烧响应的模拟研究

 采用区域气候模式与大气化学模式相连接的模式系统,模拟研究了对流层垂直臭氧分布变化量对东南亚生物质燃烧排放源强变化的响应程度.结果表明,源区对流层臭氧垂直积分浓度对燃烧源强变化十分敏感,下游区次之.特别是在对流层的中低层影响最显著,但对源区臭氧的贡献比下游区要大得多.在对流层中高层,源区和下游区受影响程度相当.对流层低层源区臭氧增加的时间超前下游区,超前的时间随高度的增加而减小,而在对流层中层出现滞后现象,到对流层高层臭氧最大值出现的时间相同.