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.     

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.     

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.     

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。     

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.     

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.     

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。     

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.     

平流层Brunt-Vaisala频率的分布特征

讨论了Brunt-Vaisala频率的重要性,并利用NCEP/NCAR再分析资料和HALOE资料分析了平流层中它的空间分布和时间变化特征.结果表明:从对流层到平流层Brunt-Vaisala频率在垂直方向上有明显的变化,特别是在低纬度地区,它在对流层向上迅速增加,在平流层向上减小;在平流层下层,它随着纬度的增加而减小,在平流层则经向分布比较均匀;在陆地上空Brunt-Vaisala频率的垂直梯度明显大于海洋上空,且出现高值中心;无论在对流层还是在平流层,Brunt-Vaisala频率冬季的值皆大于夏季的值;该频率也有准两年周期的变化.作为一个例子,我们运用实际计算出的Brunt-Vaisala频率对行星波垂直传播的影响进行了初步的讨论.     

基于SVD变换的立体图像零水印算法

深度信息是立体图像最重要的特征,而常见的鲁棒性数字水印算法可能使立体图像深度信息遭到破坏而使其视觉效果下降.针对这个问题,提出了一种基于SVD变换的零水印算法.首先,对立体图像的左右视点图像块分别进行SVD变换,得到第一奇异值对应的左奇异向量;其次,分别计算出左右视点图像块的左奇异向量的方差;最后,利用第一奇异值对应的左奇异变量具有很好的稳定性这一特性,通过比较二者大小关系构造出零水印.同时,引入了时间戳机制,减弱了解释攻击带来的影响.仿真实验结果证明,此算法能够避免零水印的虚警概率,同时能够抵抗JPEG压缩攻击和高斯攻击,具有很好的均衡性、相似性和鲁棒性.     

北半球冬季准定常行星波传播的年代际变化

通过利用NCEPNCAR再分析资料对1958—2004年共46个冬季北半球大气准定常行星波传播的年代际变化进行分析，发现气候态意义下的准定常行星波沿高纬度由对流层向平流层的传播和在对流层内向低纬度的传播之间存在显著的反相振荡关系. 进一步的研究还表明，准定常行星波传播的年代际变化与北极涛动有密切的联系；北极涛动的正位相对应于在对流层有异常强的从中高纬度向低纬度对流层顶附近的波动传播，同时通过极地波导向平流层的传播明显减弱.其结果不仅说明大气内部的准定常行星波与纬向平均流相互作用可以产生年代际尺度的变化；而且提供了平流层变化影响对流层大气环流长期变化的一种动力学机制.     

平流层各层温度变化的时空特征分析

利用欧洲中心的ECMWF月平均温度场再分析资料分析了平流层各个层次温度变化的空间分布特征,结果表明1958-2001年全球平流层不同高度温度的变化有一定的差异．在平流层上层2hPa,温度呈显著的下降趋势;平流层中层20hPa温度场低纬度地区和高纬度地区相反变化,低纬度地区呈显著的下降;平流层下层70hPa温度场除了南半球高纬度地区外也呈下降趋势．同时,分析了不同区域温度变化的趋势和周期特征,平流层不同层次温度变化周期有着一定的差异,温度下降区域和温度上升区域的突变时间也有着明显的不同．     

南极高空臭氧含量减少对平流层温度场影响的数值模拟

目的对比研究南极大陆高空臭氧含量对全球平流层大气温度场的影响。方法应用改进后的CCM1(R15L12)模式,以国家气象中心1991年1月16日的全球客观分析资料为初始场,积分到1998年7月31日。结果平流层上、中、下部温度下降的趋势均较为明显,同时部分区域温度略有增高,这在北半球更为显著。结论整体而言臭氧减少可造成平流层各层的温度降低,从而影响到平流层的大气环流及输送过程。     

近40年江浙沪及其周边地区可降水量的时空分布特征

为了深入地认识江浙沪地区气候变化趋势与该区的极端气候,利用ECMWF提供的可降水量数据,运用Mann-Kendall检验法对可降水量的时间变化趋势及突变进行分析,并分析了极端年份可降水量的时空特征.结果表明:1)可降水量季节分布不均,夏高冬低.2)海陆对比明显:春夏海洋可降水量小于大陆,冬季海洋可降水量大于陆地;2006年之前海洋上空可降水量小于大陆上空,2006年之后,出现了逆转.3)1998年春夏、2004年夏秋、2016年春秋季节可降水量距平显著偏高或偏低,与研究区洪涝和干旱灾害相应.这3 a可降水量异常偏高或偏低的时段与区域洪涝和干旱在时间上也比较一致.     

基于统计特征的人脸识别研究

奇异值特征向量是用于图像识别的有效代数特征,但直接用奇异值特征向量做匹配进行人脸识别,识别率极低。通过对人脸图像奇异值向量和其对应的左右正交特征矩阵分析,发现图像的奇异值向量与图像的灰度范围具有相关性,即最大奇异值反映了图像灰度范围的位置,其他奇异值反映了灰度范围的宽度,而且与图像奇异值向量对应的左右正交特征矩阵能够表现图像轮廓的结构信息。基此,提出基于奇异值分解（singular value distribution,SVD）的基空间人脸识别算法,并通过ORL和ORL-IC数据库进行仿真,实验结果分析证明了图像的左右正交特征矩阵能够表现图像轮廓的结构信息。     

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.     

一类基于SVD的数字水印虚警分析与改进算法

讨论一类基于奇异值分解(SVD)的水印算法的高虚警率问题及其产生原因。分析认为SVD水印算法虚警率高的根本原因是:图像SVD分解的基空间与图像内容相关;奇异值向量与图像之间并不存在一一对应关系,不能刻画图像的几何结构。算法主要缺陷并不是出现在提取算法,而是嵌入算法仅仅植入了水印图像的奇异值向量,没有水印图像在基空间的结构信息。因此,该文提出了一个基于分块SVD和离散余弦变换(DCT)分解的改进算法。该算法通过在版权图像的奇异值向量中嵌入水印图像的DCT系数,克服了经典SVD水印算法的虚警问题,因而稳健性高。实验验证了理论分析和算法的有效性。     

2005年夏季亚洲季风区下平流层水汽的对流源区

利用高分辨三维Lagrange输送模式的数值模拟,确定了2005年夏季亚洲季风区下平流层水汽的对流源区,并初步探讨了其可能机制．三维轨迹分析结果表明,虽然青藏高原及其周边区域不是对流层向平流层质量输送的主要源区,但却对下平流层水汽具有重要影响,该区域贡献占整个亚洲季风区水汽垂直输送的三分之一强．一方面,夏季高原上空深厚的湿对流系统为对流层向平流层水汽输送提供了基础条件．另一方面,和其他区域相比,高原区域上空对流层顶温度较高,使得大气穿越对流层顶附近时避免了类似于热带对流层顶附近“冷点”的“冻干”脱水过程,这是该区域成为对流源区的关键因素．     

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.     

平流层全球重力波活动的气象电离层及气候卫星观测

利用从2007年1月~2013年2月的COSMIC(constellation observation system for meteorology ionosphere and climate)温度数据,分析了平流层(20~35 km)的全球重力波活动及其随纬度、高度和季节的变化特征,揭示了平流层不同纬度重力波活动的中期变化规律;以及重力波振荡周期随纬度的变化。赤道地区重力波全年活动很强,且存在明显的准两年振荡(quasi-biennial oscillation,QBO)。在20°S~20°N的重力波势能极大值区与强对流区域保持一致。中高纬地区重力波主要表现为冬季强夏季弱。中纬地区,两个半球冬季陆地上重力波活动强于海洋,且南美洲南部安第斯山每年除夏季外,都有较明显的重力波活动。高纬地区,南半球冬季重力波分布保持稳定,而北半球则在某些区域增强,某些区域较弱,这一现象可能是与SSW(stratospheric sudden warming)相关。通过LS谱图分析,发现QBO主要出现在平流层低纬地区,AO(annual oscillation)和SAO(semiannual oscillation)则主要出现在平流层中高纬地区。