封面说明

正对流层延迟是无线电大地测量技术中的重要误差源,一般采用模型改正削弱其影响,目前常用的对流层模型的建立均是基于单一数据源.武汉大学姚宜斌等按照直接对天顶对流层延迟建模的思路,采用格网化的GGOS Atmosphere的对流层数据和离散的IGS对流层产品联合建模,在利用IGS的高采样率对流层产品分析天顶对流层延迟的短周期变化特     

华北地区对流层臭氧长期变化趋势及影响因子分析

利用1979~2013年卫星对流层臭氧遥感数据序列,分析华北地区对流层臭氧的长期变化趋势,考察各主要影响因子和对流层顶高度变化对臭氧变化的影响作用.过去30多年来,华北地区对流层臭氧长期变化趋势在不同季节差异很大:夏季对流层臭氧呈现快速增长趋势,增长率为1.28 DU/10 a;冬季表现出下降趋势,下降率为1.46 DU/10 a;在春季和秋季表现出波动性下降趋势.对流层臭氧夏季含量最高,一般在50 DU上下,春季平均值大约40 DU,秋季平均值35 DU左右,冬季含量最小一般在26 DU左右.对华北地区对流层臭氧分布变化产生显著影响的因子主要有太阳周期(Solar),厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)和准两年振荡(QBO).其中,Solar的影响幅度可达到5~6 DU,ENSO影响作用1~2 DU,QBO影响一般小于1 DU.对流层顶高度在年内不同季节存在显著周期变化,与对流层臭氧变化紧密相关,相关系数R=0.826,表明对流层顶高度年周期变化对对流层臭氧产生重要影响.从年代际时间尺度上,对流层顶高度不存在显著性变化趋势,对对流层臭氧变化趋势影响不大.     

气象卫星遥感大气对流层顶的研究

对流层顶是大气对流层和平流层的交界,在对流层顶上下大气有很大的差异,故而对流层顶在大气环境中有特殊的意义.在通常气象卫星遥感大气温度廓线中,在对流层顶附近有较大的误差.为了提高卫星遥感探测大气对流层顶高度的精度,我们建立了一种新的TIROS-NTOVS的反演方法,此方法的效能在实践检验中得到证明。这里的TIROS-NTOVS资料反演对流层顶高度的模式是采用统计预报法,优选TOVS中6个通道的亮温作为预报因子,用     

对流层化学

对流层是最靠近地球表面的大气层。我们人类呼吸的空气,几乎都在对流层内。对流层内含有许多天然化学物质,它们来源于地球上的生物;还含有合成化学物质,它们则来源于工业。天然化学物质也好,合成化学物质也好,在对流层内都是微量。现在的问题是,人类不仅在局部范围内而且在     

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.     

利用多源数据构建全球天顶对流层延迟模型

对流层延迟是无线电大地测量技术中的重要误差源,目前常用的对流层模型的建立均是基于单一数据源.本文按照直接对天顶对流层延迟建模的思路,采用格网化的GGOS Atmosphere的对流层数据和离散的IGS对流层产品联合建模,在利用IGS的高采样率对流层产品分析天顶对流层延迟的短周期变化特征的基础上,构建了一个多源数据的全球天顶对流层延迟模型.经过检验,多源模型的内符合精度为3.6 cm,表现出良好的拟合效果.使用未参与建模的IGS站进行外符合检验,统计结果显示多源模型的全球平均bias为?0.31 cm,全球平均RMS为4.16 cm,明显优于GZTD模型(bias为?0.48 cm;RMS为4.46 cm),且与目前精度最高的GPT2w模型(bias为?0.04 cm;RMS为4.14 cm)精度相当.多源模型的改正精度在空间和时间上具有良好的稳定性,同时多源模型在有IGS站支持的地区改正效果明显优于GZTD和GPT2w模型.多源模型具有全球适用、区域增强的优点.     

一次平流层-对流层交换过程中臭氧通量的估算

利用2001年春季TRACE实验在东亚地区8个地点进行臭氧探测得到的臭氧廓线, 在物质通量计算的基础上, 提出了一种基于实测臭氧探空廓线的穿过对流层顶的臭氧通量的计算方法. 运用这种方法, 计算了2001年3月底发生在东亚地区的一次平流-对流层交换过程导致的穿过对流层顶的臭氧通量. 计算结果表明, 在我们研究的个例中, 穿过对流层顶的臭氧通量比全球和半球平均大1个量级左右. 与传统的采用对流层顶臭氧近似浓度来计算臭氧通量的方法相比, 用实测臭氧探空廓线计算得到的通量稍高, 但是量级相同.     

1995年诺贝尔化学奖——保护臭氧层的呼吁

1995年10月11日瑞典皇家科学院宣布,将1995年度诺贝尔化学奖授予三位证明了人造化学物质对臭氧层构成破坏作用的科学家。他们是荷兰人保罗·克鲁岑、墨西哥人马里奥·莫利纳、美国人舍伍德·罗兰。 自然界臭氧的生成与耗损 包围地球的大气层可分为:对流层、平流层和电离层。对流层距地面最近,各种气象现象就发生在此层内,对流层的上面是平流层。对流层与平流层的境界称为层界面。层界面的高度在赤道附近约16千米处,极地约9千米处。平流层上面是     

平流层爆发性增暖的机制——平流层与对流层大气环流的相互作用

许多观测资料证实,平流层爆发性增暖(以下简称为SSW)对于平流层大气环流及其季节变化具有十分重要的作用,SSW期间对流层伴有大型环流调整。而关于SSW机制,许多研究表明,SSW之前已有行星波的异常发展,而这种异常发展主要来自对流层的能量。Matsuno从动力学观点提出SSW是由于对流层行星尺度波动向平流层传播引起的,并强调涡旋     

行星尺度纬圈平均风扰动的传播与南北极涛动

全球大气变量可以物理分解为纬圈和时间平均的气候对称部分、时间平均的气候非对称部分、行星尺度纬圈平均的瞬时对称扰动和天气尺度瞬时非对称扰动.本文分析了对流层顶行星尺度经、纬向风扰动在季节内和年际尺度上的变化,及其与厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)、北极涛动(AO)和南极涛动(AAO)之间的关系.结果表明,来自热带对流层顶的年际行星尺度纬向风扰动与赤道ENSO循环有联系,并通过异常的经圈环流传播到副热带、中纬度和极锋对流层顶.来自热带对流层顶的季节内(40~60 d)行星尺度纬向风扰动也可以通过异常的经圈环流向赤道外传播到副热带和中纬度.来自两半球极地对流层顶的大气季节内行星尺度纬向风扰动可以向高纬度传播.AO和AAO是这些行星尺度环流扰动在中高纬度传播与叠加的结果.     

全球对流层天顶延迟模型IGGtrop的建立与分析

对流层延迟是高精度GNSS导航定位的重要误差源.利用IGS站提供的高精度对流层天顶延迟时间序列和NCEP大气资料进一步研究了全球及中国区域对流层天顶延迟的时空变化特征.在此基础上,根据NCEP资料建立了无需地面实测气象参数且同时顾及经、纬度差异的全球对流层天顶延迟IGGtrop模型.IGGtrop模型在全球125个IGS站的平均误差(bias)和平均中误差(RMS)分别为0.8和4.0 cm,优于同等条件下国际上常用对流层延迟模型EGNOS,UNB3和UNB3m模型的结果(上述三模型的bias和RMS分别为2.0,2.0,0.7 cm和5.4,5.4,5.0 cm).同时,IGGtrop模型的bias和RMS的分布范围小于EGNOS等模型,显示其在全球各地区的改正效果具有相对更好的一致性.IGGtrop模型在中国几个IGS站的bias范围为2.0~0.4 cm,RMS为2.1~6.4 cm,总体上优于EGNOS等模型的改正效果.IGGtrop模型在南半球的改正精度也显著优于EGNOS和UNB3m模型.IGGtrop模型的另一优点是误差随高度增加没有明显变化,从而避免了其他许多模型随高度增加而精度明显降低的情况.     

梅雨期EAP事件的中期演变特征与中高纬Rossby波活动

揭示了梅雨期EAP(东亚/太平洋)事件的中期演变特征和中高纬Rossby波活动对它的作用. 正负EAP事件的形成过程并不是简单的反位相演变过程. 在对流层上层, Rossby波能量在欧亚大陆中高纬地区及亚洲急流区向下游频散, 形成EAP事件中高纬度2个异常中心的基本形态. 在这一层, Rossby波能量也从中纬度异常中心向高纬度异常中心经向传播. 在对流层中低层, 热带西太平洋暖池区对流活动异常可形成EAP事件的副热带异常中心, Rossby波能量从这一中心的北界向北频散, 有利于中纬度异常中心的维持和加强. Rossby波能量在对流层上层西风带背景环流中准纬向频散和在对流层中低层东亚夏季风环流中准经向频散, 其对应的异常环流在东亚沿岸地区相互作用和相互锁定, 形成正负EAP事件盛期的典型特征.     

印度洋海温偶极子型振荡与热带太平洋之间的对流层遥相关模态及相应的机制解释

利用GISST和NECP/NCAR再分析数据, 研究了印度洋海温偶极子型振荡(Indian Ocean Dipole, IOD)和太平洋之间在对流层上的遥相关模态并对其进行了机制解释. 通过对IOD变化指数时间序列和整个南半球对流层重力位势异常场之间的相关分析, 首先给出了遥相关的空间模态, 结果显示: 在热带太平洋上空的对流层存在明显和IOD变化密切联系的遥相关作用中心; 该中心和热带印度洋之间由一列明显的大气遥相关波列结构连接起来, 该波列结构从热带印度洋出发, 向东南方向发展进入澳大利亚和太平洋的亚热带海域, 最终到达热带太平洋. 其次, 利用行星波能量传播理论对两者之间的遥相关进行了机制解释, 发现从热带印度洋出发的纬向波数为1~3的大气行星波的能量传播路径和遥相关波列路径定性相符. 另外, 对大气行星波在半球尺度上能量传播的时间尺度分析结果表明, 它和太平洋对流层异常对IOD的响应时间尺度是一致的. 因此我们得到这样的结论: 大气行星波的能量传播是热带印度洋海温偶极子型振荡和热带太平洋之间对流层遥相关的一种可能的联系方式.     

关注地球大气层升高

人类活动导致大气层逐年升高以美国劳伦斯·利弗莫尔国家实验室的本·桑特尔 (BenSan ter)为首的一个研究小组在英国《自然》杂志上发表论文称 ,自1979年以来 ,对流层的高度一直在增长 ,目前已增长了几百米的高度。桑特尔和他的同事用计算机模拟了造成对流层升高的5种可能因素 :大气的臭氧浓度 ,大气层中二氧化碳、甲烷等导致温室效应的气体含量 ,大气中固体微粒产生的太阳反射光线 ,太阳释放出的光和热 ,火山爆发喷射到大气中的尘埃等条件的变化 ,发现所有这些因素都不同程度地影响着对流层高度的变化。其中 ,导致温室效应的气体含量增大…     

中国梅雨雨带年代际尺度上的北移及其原因

分析了1979~2007年中国梅雨雨带移动特征及其与东亚副热带地区环流变化的关系. 研究发现, 20世纪90年代末中国梅雨雨带呈明显北移的趋势, 1999年以前梅雨雨带主要位于长江及其以南地区, 1999年以后雨带明显北移到了长江以北的淮河流域. 同时发现, 由于江淮梅雨期东亚中纬度地区对流层明显增暖, 平流层明显冷却, 使得东亚副热带对流层高层等压面向上突起, 对流层顶升高, 从而导致东亚副热带大气的扩张. 伴随副热带地区大气扩张出现的是东亚副热带急流北移, Hadley环流圈拓宽北伸和中纬度西风带北移. 东亚副热带大气扩张使得梅雨雨带向北移动, 导致长江以南降水减少, 长江以北降水增多.     

基于TES观测的2005～2010年间中国3个代表性区域对流层臭氧浓度变化分析

臭氧(O3)是大气中复杂光化学反应的产物.对流层臭氧既是全球性污染物,又是温室气体.本文采用Aura卫星上搭载的对流层辐射光谱仪(tropospheric emission spectrometer,TES)获得的对流层O3垂直分布数据,基于傅里叶变换,分析了2005～2010年间我国3个代表性区域(西部、华北和华南地区)的对流层臭氧在484,681和825hPa高度上的浓度变化趋势以及季节分布特点.结果显示,在中国大部分地区,O3浓度均呈现夏季高冬季低的特点,而在华南地区和华北近地面,臭氧呈现明显的春秋季双峰值现象.臭氧在464hPa高度上均呈现比较明显的增长趋势,其中华北地区增长速率最快,达到0.89±0.059nL(La)-1.在681hPa,我国华北和西部地区的臭氧都出现了明显的增长趋势,平均年增长率分别为0.57±0.065和0.41±0.041nL(La)-1;而华南地区O3浓度趋势却无明显变化.在近地面的825hPa,华北地区臭氧浓度仍然保持了0.36±0.074nL(La)-1的增长速度,而华南地区则呈现了微弱的-0.21±0.061nL(La)-1的下降趋势.在全国尺度上,我国对流层臭氧浓度在2005～2010年间整体呈现上升趋势,这将对我国的人体健康、农业生产和生态系统造成不良影响.     

奥运期间北京地区卫星监测NO2柱浓度的变化

利用美国Aura卫星装载的OMI仪器观测反演得到的对流层NO₂柱浓度资料, 通过与北京近年(2005～2007年)同期及其与周边城市天津和唐山的综合比较, 评估了北京奥运空气质量保障措施的实施效果. 奥运会期间华北地区对流层NO₂柱浓度分布图像资料清楚地说明了北京市实施奥运空气质量保障方案的显著效果, 北京市NO₂柱浓度明显低于周边城市天津和唐山, 而2005～2007年同期三地具有大致相同的NO₂柱浓度. 进一步定量评估给出了保障措施关键时期2008年7~8月北京地区对流层NO₂柱浓度下降了约40%的结果.     

夏季我国副热带地区对流层上部中期振荡特征的年际变化

近年来,对热带和副热带地区中期振荡特性的研究,大多只用某一年的资料,研究对象也不尽相同,既难进行比较,也不能揭示振荡本身的年际变化特征。本文对1966—1981年逐年6—8月拉萨、成都、武汉、上海等4站对流层上部100毫巴等压面高度的资料,进行功率谱分析,研究了夏季我国副热带地区对流层上部中期振荡特征的年际变化,并讨论了中期振荡特征对应的天气意义。     

卫星遥感监测中国地区对流层二氧化碳时空变化特征分析

利用北半球5个地面本底站和飞机观测CO₂浓度对AIRS(atmospheric infrared sounder)反演得到的对流层中层CO₂产品进行验证, 结果显示AIRS反演结果与地面观测和飞机观测结果一致性较好, 月平均偏差小于3 ppmv, 可以用于分析研究对流层CO₂的时空分布特征. 利用AIRS 近6年观测数据(2003年1月~2008年12月)分析研究显示: 北半球是CO₂的高值区, 且呈逐年增长态势. 其中, 中国地区的年增长率约为2 ppmv, 与美国、欧洲、澳大利亚、印度等地区相当, 略低于加拿大和俄罗斯. 由于自然条件和工业布局的影响, 中国地区对流层CO₂总体呈现北高南低的分布规律, 在35°~45°N形成4个高值中心, 云南地区为CO₂低值分布区. 中国区域对流层CO₂季节变化特征显著, 高值出现在春季, 低值出现在秋季.     

大气中的“无人区”

从对流层顶到120公里高度为了找到中层大气的边界,让我们穿越大气,作一次旅行。我们把简图1作为这次旅程的地图。