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.     

上海地区臭氧垂直分布特征分析

对2007年5月至2009年12月期间上海市宝山国家气候观象台的臭氧探空观测数据分析表明, 臭氧的垂直分布主要受光化学和动力输送作用影响控制。光化学作用对臭氧分布的影响在边界层和平流层中上层非常明显。边界层内臭氧浓度呈正梯度变化, 受气温、辐射、水汽等因素的影响, 造成边界层臭氧浓度夏季最高、冬季最低的季节变化。在26 km以上的平流层中上层, 光化学作用使得夏季平流层中上层臭氧浓度最高, 冬季反之。动力输送过程对于对流层上层至平流层低层10~17 km高度影响显著, 平流层-对流层交换使得春季该层臭氧浓度最高。     

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。     

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.     

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.     

多伦多地区温度与臭氧剖面的激光雷达与SAGEⅡ卫星测量结果比较分析（Ⅰ）

对加拿大多伦多地区SAGEⅡ卫星及激光雷达探测资料,对2种观测系统所获得的大气温度及臭氧垂直分布进行了比较分析.结果表明①由2种观测系统测量的温度廓线有很好的一致性,特别是在15.5～35.5*!km的垂直区间;②在15.5～40.5*!km的垂直区间,2种观测系统的臭氧混合比的绝对误差的变化范围体积分数是±2×10-6;③大约35*!km以下,由激光雷达获得的臭氧数密度具有较高的精度,反之类推.特别,在包括臭氧数密度极大值层的21.5～35.5*!km范围内,8个剖面平均的相对误差趋于零,其垂直平均值为0.96±7.64%(1σ).     

大气臭氧垂直分布的非均匀结构

 对昆明地区2001年春季探测的臭氧分压廓线数据的非均匀结构进行了分析.采用结构函数和双曲分布函数建立自相似的标度律,进而描述臭氧垂直空间中的非均匀结构(如,间歇性、粗糙度、标度指数、功率谱指数、分数维等).计算结果表明:①臭氧分压垂直空间分布序列的分数维在1～2之间;功率谱指数为1～3.②在不同高度层上,对流层顶附近的分数维最大D=1.365;而对流层中的则最小D=1.205.③平流层臭氧分压的垂直间歇性强且粗糙;对流层顶附近的垂直间歇性弱又光滑,并存在着很强的奇异性.     

斯堪的纳维亚臭氧亏损及其可能机制

卫星资料分析表明:北极地区的一个重要臭氧亏损区域位于斯堪的纳维亚(Scandinavia)上空,冬季臭氧总量亏损为50DU,相当于当地臭氧总量的15%.研究表明:冬季北大西洋暖流向北输送热量造成斯堪的纳维亚附近的高海温是该地区臭氧局地亏损的原因.冬季北大西洋东部的高海温对大气进行局地加热,使得整层物质抬升,进而在330K等熵面高度附近造成臭氧辐散,使得该区域整层大气臭氧总量减少.     

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。     

臭氧垂直分布个例观测中次峰现象的诊断分析

根据臭氧探空观测数据,结合气象和卫星观测资料,对1999年8月2日北京地区10～18km高度范围出现的臭氧次峰进行分析.研究表明:臭氧次峰的出现与切断低压这一天气过程有密切联系,并伴有显著的高空急流.用国家气象中心高分辨率同化预报系统(HLAFS)再分析网格点数据对臭氧次峰的动力过程进行了诊断分析,结果说明非地转平流输送和对流层顶折叠是对流层臭氧次峰形成的重要原因.     

平流层极地臭氧损耗影响对流层气候的研究进展

大气平流层臭氧的严重损耗将导致到达地面的太阳紫外辐射增加已经是公共社会普遍关切的问题。最近几年,平流层臭氧损耗能否对对流层大气环流和气候产生重要影响也引起了广泛的重视,并且已成为大气科学的一个热点问题。观测研究表明近二三十年来在两极臭氧严重损耗的季节,地表气温有明显的变暖趋势,也就是欧亚大陆1—3月份和南极半岛12—5月份的地面温度呈现显著增温。这些增温趋势很可能是平流层两极的严重臭氧损耗造成的。当然,这些增温并非是由臭氧损耗的辐射效应直接造成的,而是通过波－流相互作用以及平流层－对流层相互作用等动力学过程实现的。大量的数值模拟工作也对此问题进行了研究,一些模拟结果与观测结果基本一致,另一些则发现平流层臭氧损耗的强迫作用较弱,也有模拟工作认为其他外界强迫如温室气体增加和热带海面温度升高也非常重要。作者综述了这一研究领域在近几年的最新研究进展,总结有关的观测分析和数值模拟结果,阐述平流层极地臭氧损耗可能影响地面温度的物理机制,以及澄清各种争论要点。     

多伦多地区温度与臭氧剖面的激光雷达与SAGEⅡ测量结果比较分析（Ⅱ）

分析结果表明：①2种观测系统的测量结果的误差同多伦多市与SAGEⅡ观测点的纬度差异有很大的关系；②2种观测系统的测量结果均显示，多伦多地区臭氧极大层的臭氧含量与臭氧极大层出现的高度有明显的季节变化特征，这与对流层顶的季节变化一致，且臭氧极大值与极大层出现的高度之间大致存在反相关关系；③1994－1995年期间,由2种观测系统的测量结果计算出的10－45km的平均气柱臭氧量分别为254和275Du(1Du=0.01mm)，两者间的相对误差大约为－10％。     

多伦多地区温度与臭氧剖面的激光雷达与SAGE Ⅱ卫星测量结果比较分析(Ⅱ)

分析结果表明①2种观测系统的测量结果的误差同多伦多市与SAGEⅡ观测点的纬度差异有很大的关系;②2种观测系统的测量结果均显示,多伦多地区臭氧极大层的臭氧含量与臭氧极大层出现的高度有明显的季节变化特征,这与对流层顶的季节变化一致,且臭氧极大值与极大层出现的高度之间大致存在反相关关系;③1994～1995年期间,由2种观测系统的测量结果计算出的10～45*!km的平均气柱臭氧量分别为254和275*!Du(1Du=0.01*!mm),两者间的相对误差大约为-10%.     

基于OMI数据分析青藏高原周边对流层低层臭氧的分布特征

提出一种利用地形海拔落差以及臭氧总量差来估算对流层低层大气臭氧浓度的方法.根据搭载于美国宇航局Aura卫星上的臭氧监测仪(OMI)提供的臭氧总量日观测数据,利用该方法计算出青藏高原与其周边地区四川盆地及印度北部的地形海拔落差及臭氧总量差,进一步分析了该地区低层大气臭氧的分布特征.结果表明:青藏高原周边地区对流层低层大气臭氧分布呈明显的季节变化,且低层大气臭氧分布有南北差异,南部臭氧含量高于北部.     

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.     

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.     

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.     

汽车空调制冷剂与臭氧层的破坏

一、臭氧层及其作用我们赖于生存的地球外面覆盖着厚厚的大气层,大气层根据离地面高度可划分为对流层(0～15km)、平流层(15～50km)、中间层(50～85km)、热成层(85km～800km)和逸散层(>800km)。其中在平流层中,集中了大气中90%的臭氧,这个区域称为臭氧层。     

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.     

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。