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.     

邵武首次臭氧探空观测垂直廓线特征分析与臭氧总量估算

2021年11月24日,利用我国自行研制的CTY-1型臭氧探空传感器和地面接收设备,福建省首次臭氧探空观测科学试验在邵武开展。该文对此次臭氧探空观测到的0～33km臭氧分压、温度、湿度等资料进行分析,结果表明,(1)当天整个对流层的臭氧分压较小,到达平流层后臭氧分压开始明显增大,一直增加到25km附近达到极大值。(2)对流层臭氧体积混合比由地面向对流层顶波动式递增。(3)平流层臭氧体积混合比的极大值出现在32km附近。(4)此次观测对流层臭氧总量34.3DU,占比12.8%,平流层臭氧总量233.8DU,占比87.2%。研究显示,此次臭氧探空观测垂直廓线特征和臭氧总量的分布占比符合一般规律。     

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.     

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.     

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.     

昆明地区臭氧总量变化和气候关系的初步分析

利用１９６３￣１９９２年期间昆明地区平流层臭氧,温度以及降水量等观测资料,分析及计算了该地区的臭氧演变趋势,冷暖和旱涝指数。研究结果显示：臭氧总量的变化包含着气候异常的信号,臭氧长期变化趋势与气候变化之间有明显的对应关系。     

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.     

CMIP5模拟的平流层21世纪温度变化趋势

21世纪平流层气候变化主要由两个因素所决定,一个是臭氧层恢复造成的变暖,另一个是温室气体增加造成的变冷。针对在这两种相反的辐射效应作用下,平流层气温如何变化这一重要问题, 使用CMIP5未来情景模拟试验的结果, 对2006-2100年间的平流层温度的变化趋势进行分析。结果表明, 臭氧恢复的增温效应在平流层低层起主导作用, 而温室气体增加的冷却效应在平流层高层起主导作用, 因此, 平流层低层(70 hPa 以下)呈变暖趋势, 而平流层中高层呈变冷趋势。通过对包含完整平流层的气候模式(高顶模式)和只包含部分平流层的气候模式(低顶模式)预估的温度趋势的差异进行分析, 发现高顶模式预估的变暖趋势大于低顶模式的结果, 这意味着模式是否包含完整平流层有可能对预估的平流层和对流层未来气候变化有重要影响。     

CO2浓度和太阳活动对北半球夏季平流层中部气温异常变化的影响

通过逐次滤波法和对比分析可知,北半球夏季7月高空10 hPa持续增暖过程是以CO2为主的温室气体增加、火山活动和太阳活动共同引起的,具体表现为:(1)CO2浓度增加趋势与北半球7月平流层10hPa升温趋势基本一致.但是北半球7月10 hPa升温过程不像CO2浓度一样线性增加,其中还伴随几次降温波动,最显著的一次是20世纪60年代末至70年代末,90年代中期以前的降温过程也比较清楚.分析认为,这是火山活动和太阳活动引起的. (2)太阳磁场磁性指数曲线与滤除CO2影响的北半球10 hPa大气温度距平曲线变化趋势也基本一致,波峰波谷基本对应并且超前一些,就是说太阳北半球黑子群N极前导时期,即太阳磁场南向时期与北半球平流层增温时期对应.太阳北半球黑子群S极前导时期,即太阳磁场北向时期与北半球平流层降温时期对应,显示出太阳磁场方向变化对北半球平流层气温变化的重要影响. (3)谱分析结果表明,滤除趋势变化和准22年周期的7月北半球平流层中层10 hPa大气温度具有显著的准11年周期,其方差贡献率1.5%. (4)分析表明CO2浓度变化与太阳磁场强度和磁场方向变化对于平流层中层10 hPa温度变化的影响方差贡献率达到58%,是10 hPa温度变化的决定性因素.其中CO2影响方差贡献率37%,太阳磁场强度和磁场方向变化方差贡献率21%.     

对河南省安阳市一次强对流天气的多普勒雷达资料的分析

利用濮阳雷达站的新一代多普勒雷达产品,结合高空和地面观测资料,分析了2013年8月11日傍晚出现在豫北地区(安阳)的一次强对流天气过程.结果表明:这次天气以是灾害性大风为主,伴随有雷电和短时强降水,局地还有冰雹出现的强对流天气;此次强对流的主要影响系统有副热带高压、500 hPa低槽、中低层切变线和地面冷锋,低层垂直风切变和较强的层结不稳定有利于弓形回波的产生;反射率因子图显示系统为一个典型的弓形回波带,顶部回波最强,同径向速度图均表现出明显的"V"型缺口;雷达资料分析表明,中尺度涡旋(M)、垂直液态水含量(VIL)和回波顶高度值(ET)对雷雨、冰雹和地面破坏性大风等强对流天气有很好的指示作用.     

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 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.     

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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2012年11月福建省多暴雨过程成因分析

为分析2012年11月福建省降水异常偏多的现象,利用统计学和天气学的分析方法,对11月的降水气候特征和下旬3场暴雨的环流形势、影响系统及水汽输送特征进行了分析。整个11月,200 hPa西风急流偏强,在福建省上空有气流的辐散;500 hPa乌拉尔山脊偏强,贝加尔湖槽偏深,有利于冷空气南下;850 hPa为较强西南急流。下旬3场暴雨期间,500 hPa南支槽位于105°～110°E,副高强度偏强;中低层700,850 hPa有切变线和西南急流,850 hPa比湿大于8 g/kg。结果表明,稳定的环流形势、频繁出现的天气系统以及充沛的水汽条件是发生多暴雨现象的主要原因。     

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 .     

台风季中国热带气旋降水的典型模态及显著影响因子

本文利用客观分离的热带气旋降水的台站资料,运用经验正交分解法分析了台风季中国热带气旋降水的前两个主要典型模态及其与同期西北太平洋热带气旋源地路径的关系,以及与海表面温度和500 hPa环流场的关系.结果表明:热带气旋降水第1模态表现为以华南西南为正中心而华东为负中心的偶极子振荡型,此模态出现于赤道中东太平洋海表面温度一次冷异常过程的鼎盛时期,对应的西北太平洋500 hPa环流异常主要表现为低纬中西太平洋海域的东风异常以及中国区域北高南低的环流异常,在这样的环流异常配置下,热带气旋源地显著偏西,西行路径显著偏多,而北折路径较为偏少.热带气旋降水第2模态表现为以华东及海南南端区域为正中心的中国大部地区的一致同步型,此模态出现于赤道中东太平洋海表面温度一次冷异常逐渐减弱并向暖异常过渡的相位变化时期,对应的西北太平洋500 hPa环流异常各月差异较大,7、9月份的环流异常配置使热带气旋路径偏南更易侵袭我国海南等南端区域,而8月的环流异常配置导致热带气旋源地偏北,中国东南近海热带气旋生成频数显著偏多,且其路径更易北折影响华东地区.     

一次爆发性气旋引发的罕见暴风雪过程分析

冬季温带气旋强烈的发展会带来大范围严重的暴风雪天气。针对2007年3月3?5日一次气旋爆发性发展所造成的暴雪、大风和低能见度给辽宁省的交通,特别是航空带来的巨大影响,从大尺度环流背景、气旋移动路径和强度、水汽条件、冷暖空气活动及多种物理量场,对这次气旋的强烈发展及其相关联的垂直环流进行了动力学和热力学的诊断分析。结果表明,大气的强斜压性和其所伴随的冷、暖平流是气旋爆发性发展的主要原因;高位势涡度的下传促进了气旋的强烈发展;气旋中心附近最强的上升运动区基本上是上下垂直的;高、低空急流及相关的高、低空散度场和垂直运动构成了气旋所伴随的强大次级环流;沈阳地区强暴风雪的产生与气旋的强烈发展、偏南风低空急流的水汽输送及气旋内部垂直运动的强弱等密切相关。     

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.