1993年中山站南极“臭氧洞”的观测研究

1985年英国科学家Farman根据地面观测资料发现南极“臭氧洞”后,卫星观测资料也证实了这一结果.目前,美国、英国、日本等国在他们各自的南极站都加强了臭氧的观测研究.在中国第九次南极考察(1992～1993年)期间,我们在南极中山站(69°22′S,76°22′E)用Brewer臭氧分光光谱仪建立了地面臭氧观测,这是中国首次在南极采用国际标准仪器开展臭氧研究工作.本文利用1993年中山站观测的结果,NOAA-11的TOVS的臭氧总量反演结果     

南极中山站紫外辐射的初步研究

南极春季臭氧减少,使到达地面的紫外辐射明显增加,对极区生物圈环境与全球生态系统都有重要影响.1993年起,我们在中国南极中山站(69°22′S,76°22′E)分别建立了辐射和臭氧观测系统,获得了紫外辐射和臭氧的连续观测资料.本文主要分析1993年2月～1994年12月紫外辐射和总辐射的变化特征,初步讨论南极春季臭氧减少与紫外辐射和总辐射的关系.1 观测仪器观测用的采样系统是RYJ-2全自动辐射记录仪,瞬时值分辨率为1W/m~2,时累值为0.01MJ/m~2,采样速率为1min,精度为0.6%.观测项目有紫外辐射、总辐射和反射辐射.紫外辐射和天空辐射表均系美国EPPLEY公司生产的适用于低温环境下的传感器,紫外辐射波长为290～385nm,灵敏度为160μV/W·m~(-2),仪器运往南极观测前在中国气象局计量中心进行了标定.同期进行的紫外辐射B波段(波长为285～325nm)和臭氧观测仪器在文献[1]中已作说明.2 紫外辐射的变化特征     

南极中山站极夜和极昼期间的辐射特征

极夜和极昼是地球上南北极圈内出现的太阳终日不出和终日不落的特殊现象。我国南极长城站(62°13′S,58°58′W)无极夜和极昼;中山站(69°22′S,76°22′E)有58天极夜和55天极昼期。1990年2月至1991年1月,我国在南极中山站进行了辐射和热状况观测实验,为本文研究提供了条件。     

青海高原大气O_3及紫外辐射UV-B观测结果的初步分析

近10年来,南极臭氧洞以及全球性臭氧减少的趋势,已得到国际大气科学界和各国政府的极大关注.英国环境部门1991年的环境报告指出:在过去的11年间,北半球中纬地区的臭氧总量在春季大约减少了8%,这主要是平流层臭氧的减少,而对流层臭氧的年增长率约为1%.WMO 1992年南极臭氧公报也指出:1992年不仅南极臭氧洞的最大面积比往年大25%,而且测到了105D.U.(Dobson单位=10~(-3)atm.cm)的历史极端低值,持续时间也大大超过往年.同时,据美国和加拿大等国气象部门的报告,北半球中高纬地区大气臭氧往总量在1992年冬春季也比往年有较大幅度的下降.     

臭氧与臭氧洞*

2011年空前的北极臭氧损耗,引发了人们对臭氧和臭氧洞的新关注。本文回顾了南极臭氧洞的由来及变化;讨论了南极臭氧洞产生的原因以及南北极臭氧变化的差异;指出目前只是在南极春季出现了臭氧洞,北极并没有出现过臭氧洞。在当前大气环境被污染的情况下,极地大气臭氧亏损的程度将更多地随大气环流,特别是极地涡旋中的低温状况而发生变化。人类只有一个地球,为保护大气臭氧层,国际社会做出了巨大的努力,中国也有自己的贡献。     

南极中山站地面臭氧的监测和本底特征

利用南极中山站大气监测站2008 年全年地面臭氧连续观测资料, 分析了地面臭氧的季节 变化特征和本底浓度与风的关系. 结果显示, 来自于站区方向的风向频率很低, 仅占数据样本的 2%, 盛行风(偏东风)频率为79.2%, 表明中山站地面臭氧浓度监测数据基本未受站区污染影响; 监测数据具有东南极大陆沿岸的本底特征. 中山站地面臭氧浓度季节变化的显著特征是冬季高 夏季低, 年平均浓度为25.0 nmol mol^-1; 峰值出现在7 月, 月平均浓度为34.4 nmol mol^-1; 谷值在 12 月, 月平均浓度为12.3 nmol mol^-1; 此结果与南极大陆其他沿海站点观测相似. 地面臭氧浓度 与紫外辐射(UVB)呈显著的负相关, 且极夜期间地面臭氧浓度比极昼期间高1~2 倍, 说明在南极 光化学作用对臭氧的破坏占主导地位. 对中山站臭氧损耗事件的个例分析表明, 臭氧损耗事件的 发生与低温和站区北部海冰上的溴化物浓度高值区有密切相关, 结合气流后向轨迹分析表明臭 氧损耗事件是由BrO 的影响所致.     

低温冰晶表面臭氧耗损速率

南极上空春季臭氧耗损很显著,形成“臭氧洞”.大气臭氧气相反应过程不能阐述臭氧洞的产生现象,低温下气相反应,无力解释臭氧的快速损耗.Solomon,Rowland等提出大气中非均相反应可能对臭氧的破坏起重要作用.发生非均相反应需要有颗粒物存在,极地上空平流层云的形成提供产生非均相反应的条件.在南极上空冬季和春季有三种类型的极地平流层云,Ⅰ型颗粒物是由三水合硝酸(NAT)组成,形成温度约为197K;Ⅱ型颗粒物主要成分是水,在约187K形成;Ⅲ型平流层云由珠母云组成.在这些颗粒物上发生的非均相反应将使非活性的储库化合物转化为活性氯,由此导致臭氧急剧下降并产生高浓度的C10.因此研究在冰晶上的非均相反应是大气臭氧耗损过程研究的热点课题。 臭氧在冰晶表面的耗损有两种方式:(1)在冰晶表面发生化学反应,破坏臭氧;(2)臭氧在冰晶表面发生吸附作用.当冰晶蒸发后,臭氧又能释放出来.本工作试图测定臭氧在冰晶上的耗损速率,以后再逐步研究所发生的化学过程和吸附过程。     

南、北极考察航线地面臭氧的观测

利用１９９９～２０００年中国首次北极和第１６次南极科学考察获得的资料,对“雪龙号”考察船航线上从７５°Ｎ至 ７０°Ｓ地面臭氧随纬度变化特征的研究结果表明,在考察航线上,除北半球中纬度地区在考察期间地面臭氧的时间变率较大外,在其他地区时间变率并不大;从总体上讲,北半球的平均地面臭氧浓度大于南半球,且地面臭氧浓度的相对高值区都出现在航迹接近大陆处;北半球地面臭氧浓度的平均日变化幅度大于南半球,低纬是考察航线上地面臭氧日变幅最大的地区,而在两极地区平均日变化幅度很小．     

风云三号气象卫星全球臭氧总量反演和真实性检验结果分析

利用我国第二代极轨气象卫星“风云三号”搭载的紫外臭氧总量探测仪(TOU)发射后一年内获取的观测数据以及地基臭氧观测数据, 对全球特别是受到广泛关注的南极地区和青藏高原地区进行了臭氧总量反演试验, 反演结果与国外同类产品及地面观测结果进行了对比分析. 定性的分析结果表明, “风云三号”紫外臭氧探测仪反演的全球臭氧总量分布与国际上发布的同类产品相比, 真实地反映了臭氧随时间与空间的分布特征. 在全球部分地基观测站所处的位置上对臭氧总量探测仪与OMI产品和地基观测数据进行了比较, 结果表明, “风云三号”紫外臭氧探测仪臭氧总量反演结果和国外同类卫星产品相对均方根偏差约为3%, 与地基观测结果相比相对均方根偏差约为4.2%, 中低纬度地区均方根偏差小于高纬度地区, 最大均方根偏差出现在南极臭氧洞之内, 大多数情况小于5%, 个别站点上超过5%但低于10%, 均优于10%的产品设计指标. 目前TOU已经完成了在轨测试和试运行进入业务运行阶段, 向国内外用户提供实时臭氧总量产品.     

2003年12月青藏高原上空出现微型臭氧洞

通过分析TOMS和地基观测提供的臭氧总量资料，发现2003年12月14—17日青藏高原上空出现了大面积臭氧极低值区域．根据地基观测订正TOMS资料的偏差之后，发现臭氧总量小于220DU的面积超过250万平方公里，中心极低值仅为190DU．这是首次报道在青藏高原上空出现微型臭氧洞或臭氧极低值事件．     

澳大利亚板块漂移对南半球气候与环境影响的数值模拟

利用美国NASA(National Aeronautics and Space Administration)的GISS全球海洋-大气耦合模式, 研究了14 Ma BP在与现代情景不同下的澳大利亚板块位置对南半球中高纬度大气环流的影响. 模拟结果表明, 14 Ma BP澳大利亚板块偏南时, 副热带地区大洋上反气旋加强, 副热带高压加强, 高纬60°~70°S一带气旋性环流加强, 绕极地低气压加深, 造成当时南极涛动变强, 南极涛动指数AOI (Antarctic Oscillation index)波动周期缩短. 同时, 14 Ma BP降水与地表气温也发生了相应的变化. 在环40°S一带大部分地区降水量减少, 而在60°~70°S多数区域降水增加; 南太平洋高纬度地表气温下降, 威德尔海及其北侧海域地表气温升高. 此外, 由于气温和风场的变化, 南极海冰也发生了变化, 罗斯海附近及其西侧靠近南极大陆地区海冰较现在增加, 威德尔海附近海冰较现在偏少.     

青藏高原大气臭氧垂直廓线的观测分析

利用Brewer臭氧仪和加拿大环境局(AES)的逆转法(Umkehr)反演程序,获得了我国青海省共和具(海拔近300m)纬度:36°16.45′N,经度:100°37.11′E)1991年8月至1993年12月大气臭氧垂直廓线的观测     

2011年春季北极地区臭氧低值事件的卫星遥感监测

利用FY-3B SBUS 和NOAA SBUV/2 观测资料, 监测2011 年3 月1 日~4 月5 日北极地区臭氧低值事件发生发展全过程. 臭氧低值区臭氧总量在200~250 DU, 局部极低值在200DU 左右, 达到臭氧洞水平, 比通常水平低100~200 DU. 此次北极臭氧低值事件开始于3 月1日, 结束于4 月5 日, 期间经历扩展-消亡、围绕极地自西向东方向旋转、由极区沿经线向中纬度扩散等多个发展变化过程. 这次非常罕见的北极地区臭氧低值事件影响范围除极区外,还波及从欧洲到俄罗斯中部的广大人口密集地区, 导致这些地区地表紫外线强度的急剧增强, 对人类身体健康和环境造成重要影响, 应该引起高度关注.     

臭氧洞 为什么只在南极有

正为什么只在南极有臭氧洞?臭氧洞是怎么形成的?南极臭氧洞和北极臭氧异常能给我们哪些启示?臭氧层:地球之盾臭氧是一种由3个氧原子组成、有特殊"臭"味的气体,主要分布在平流层,特别是在离地面20~30千米的臭氧层里浓度最大。臭氧是一种化学性质很不稳定和氧化性很强的物质,它在平流层中的生成和分解与太     

中国地区臭氧总量变化与青藏高原低值中心

近10年来,由于人类活动引起全球平流层大气臭氧以至大气柱臭氧总量的损耗已为许多观测事实所证实.中国地区也不例外,魏鼎文等用北京及昆明两地1979年以来Dobson臭氧仪观测资料,分析结果表明,该两地区臭氧总量也在不断减少.1991～1993年,北京、昆明、黑龙江省龙风山,浙江省临安以及青海瓦里观山等臭氧站观测结果,都指出了臭氧总量异常地消耗.为了全面了解中国地区近10多年来臭氧总量变化的时空分布情况,本文利用美     

臭氧洞与海洋温度的联系

根据美国气象学家的意见,化学物质并非是南极上空平流层内臭氧层空洞发生的全部祸首。大气科学家将在10月监视南极天空年年出现的空洞情况。现行的学说认为氯化合物及其它化学物质破坏了臭氧层。但科罗拉多州博尔德的国家海洋与大气管理局的瓦尔特·克姆赫(Walter Komhyr)及同事说,“赤道上太平洋东部海面温度可能影响着南极和别处上空的臭氧水平”。研究人员研究东太平洋海面温度已有25年。他们发现赤道上东太平洋1962～1975年间海面温度较低,与此同时的全球臭氧水平升高。1976～1988年期间该水域较温暖,全球臭氧水平降低。     

江苏太仓五级地震与上海天文台测时异常

1990年2月10日,我国江苏太仓地区发生了M~s=5级的地震。我们分析和考察了离震中(120°59′E,31°36′N)仅约60km的上海天文台光电中星仪(121°26′E,31°11′N)的天文测时资料,发现距震前约120天开始呈现显著的异常变化。分析结果证实,测定地球自转运动的天文光学观测技术是监测和预报区域性地震的一种有效手段。     

南极臭氧洞

南极春季大气臭氧明显减少,这种现象1984年忠钵繁根据日本南极昭和站的观测资料和1985年J.C.Farman根据英国南极哈莱湾站的观测资料就已经发现。美国南极阿蒙森一斯科特站的地面观测和国家宇航局的卫星观测也发现南极大气臭氧从七十年代后半期开始减少,并确认八十年代南极春季上空     

TOGA COARE IOP期间西太平洋“暖池”上空大气水的统计特征

在中、美等多国合作进行的TOGA COARE综合观测期间(1992-11～1993-02),首次实现了对“暖池”上空大气水的全面(包括水汽、云水和雨强)、定点(2°S,158°E)、高分辨率(5 min)的连续监测,本文介绍其统计分析结果.必要时,将它们与1985～1989年间中国科学院组织的在西太平洋热带海域考察的某些结果做了比较.1 观测仪器用一台自制的(船载)双波长(0.86cm和1.35cm)微波辐射计监测水汽总量和垂直路径积分云液态水含量,其取样时间分辨率为5min.该仪器的观测方式及数据的反演方法见文献[1].用美国提供的ISS(integrated sounding system)系统中的自动雨强测量系统(ARRMS)监测降水,该仪器提供的初始数据为每秒钟的雨强,考虑到与水汽、云水资料的可比性,我们将雨强作了5min时段平均.     

青藏高原及其邻近地区上空平流层-对流层之间大气的质量交换

利用卫明莹1987年提出的直接诊断分析方法,使用1978～1996年逐日的NCEP资料,讨论了青藏高原及其邻近地区上空平流层-对流层之间大气质量交换,同时还利用1988-07～1993-12逐月的SAGE资料,计算了100hPa上的气溶胶和臭氧的年际变化情况.结果表明:（1）青藏高原及其邻近地区夏季以对流层大气穿过对流层顶进入平流层的输送为主,这种输送的范围和强度在盛夏7～8月份最强,出现了两个极大值中心,分别位于孟加拉湾北部和青藏高原东南侧,高原上空也为一大值区,只是比前两者小一些;冬季则以平流层大气下沉进入到对流层的输送为主,此向下的运输在1月份强度最强.（2）就青藏高原及其邻近地区上空平流层-对流层之间19年平均夏季总的质量交换来看,青藏高原及其邻近区域上空穿越对流层顶有净的对流层大气质量输送到平流层,其大小约为14.84×10~(18)kg.由此推出夏季青藏高原与青藏高原东南侧及孟加拉湾北部连成一片的区域是其周围低层大气向对流层高层及平流层低层输送的一个重要的物质通道.（3）青藏高原及其邻近地区穿越对流层顶的质量有可能将该地区中、低层气溶胶粒子携带到对流层顶附近,致使该地区对流层顶附近气溶胶浓度增大,而使臭氧浓度减小.