北半球春季大气臭氧变化特征及其对大气温度和环流场的影响

该文利用美国1978～1993年TOMS臭氧资料以及NCEP提供的全球再分析资料,研究北半球大气臭氧变化特征及其对大气温度和环流的影响.研究表明1987年前后北半球40°N以北的中高纬地区春季大气臭氧柱总量的趋势变化存在明显的突变,大部分地区突然减少,与其相对应的对流层(平流层)平均温度突然升高(降低),300 hPa(30 hPa)层位势高度也突然增高(下降).但是在北大西洋北部和哈德逊湾地区大气臭氧柱总量却突然增加,与其相对应的对流层(平流层)平均温度突然降低(升高),300 hPa(30 hPa)位势高度突然下降(增高),平均温度突然升高(降低 )1～2°C.研究还表明,大气温度和环流的趋势变化主要是由于大气臭氧的趋势变化所引起.另一方面,在同一地区1979～1992年春季大气臭氧柱总量强弱异常年的大气温度场和环流场的差异也存在相同的分布特征,这一事实进一步说明大气臭氧柱总量的多少是决定大气温度场和环流场差异的重要原因.     

北半球大气臭氧和气温的关系

本文根据北半球21个臭氧站1979年7月1—31日逐日日平均臭氧总量与日平均10—200hPa气温资料,分析了逐日臭氧变化与气温变化的相互联系和影响。结果发现,臭氧总量变化落后于50—200hPa层气温变化,超前于5—50hPa层气温变化。     

北极楚克奇海上空臭氧垂直变化的探测与分析

1999年夏季,中国首次组织北极地区科学考察.分析此次考察中楚克奇海海域上空获得的大气结构和臭氧探空资料,结合臭氧总量观测光谱仪(TOMS)臭氧总量和NCEP大气环流资料,指出:考察期间楚克奇海海域上空臭氧总量与13 km以下臭氧含量关系密切,而在20 km附近最大臭氧浓度处的臭氧变化与大气臭氧总量关系较差,表明整层臭氧总量的变化主要受低层大气臭氧变化的影响.大气臭氧总量呈高-低-高变化,对流层顶高度呈低-高-低变化,分析500hPa高度场表明:考察期间的天气系统可能是造成局地臭氧变化的主要原因.     

南亚高压对青藏高原臭氧谷的动力作用

利用臭氧观测光谱仪/太阳紫外线后向散射仪(TOMS/SBUV)的臭氧总量资料和SAGEⅡ臭氧廓线资料计算了青藏高原区纬向偏差(一个量减去该量的纬圈平均值,定义为该量的纬向偏差)臭氧总量的逐月变化和高原区150-50 hPa高度纬向偏差臭氧量的变化,二者相关显著,相关系数为0.977.由于在150-50 hPa高度,夏季青藏高原臭氧谷最强,南亚高压最活跃,因此,青藏高原臭氧谷与南亚高压可能存在联系.在运行WACCM3模式时,将青藏高原地形高度削减至1500 m,在150-50 hPa高度南亚高压和青藏高原臭氧谷仍存在;该高度上南亚高压强度变小,青藏高原臭氧谷也减弱;南亚高压季节移动发生改变,青藏高原臭氧谷季节变化也随之改变.因此,推测南亚高压可能对青藏高原臭氧谷有重要作用.接着分析了模式输出的青藏高原区经向、纬向和垂直方向的臭氧输送.在南亚高压季节变化的不同阶段和不同方向上,环流对青藏高原臭氧谷的作用明显不同.150-50 hPa,南亚高压上高原时,纬(经)向输送使青藏高原臭氧谷加深(变浅),垂直输送在低(高)层使青藏高原臭氧谷加深(变浅),总的动力作用使青藏高原臭氧谷减弱;南亚高压稳定在高原上空时,纬(经)向输送使青藏高原臭氧谷变浅(加深),垂直输送在中(底和顶)层使青藏高原臭氧谷加深(变浅),总的动力作用使青藏高原臭氧谷加深;在南亚高压从高原撤退时,纬(经)向作用使青藏高原臭氧谷加深(变浅),垂直作用使青藏高原臭氧谷变浅,总的动力作用使青藏高原臭氧谷中(底和顶)层加深;当南亚高压移至热带太平洋时,南亚高压对高原区臭氧影响较弱.     

青藏高原对流层顶高度与臭氧总量及上升运动的耦合关系

根据1979-2008年青藏高原地区14个探空站对流层项气压资料以及同期各标准等压面上的温度资料,分析了不同季节高原上空两类对流层顶高度与高空各层温度之间的关系;在此基础上,结合同期的NCEP／NCAR月平均再分析资料以及NASA提供的TOMS／SBUV月平均臭氧总量资料,分别讨论了高原上升运动以及高原臭氧总量与对流层顸高度的耦合关系。结果表明：高原第一（二）对流层顶高度全年处在300～200hPa（100hPa附近）高度,在季节变化、年际变化以及长期变化趋势上,两类对流层顸高度与各自对应高度层上的温度存在着密切的反相变化关系,当对流层顶高度偏高（低）时,相应高度上的温度偏低（高）。上升运动有助于两类对流层顶高度的抬升,尤其是当高空200（100）hPa附近有上升运动时,有利于第一（二）对流层项高度抬升。各季节高原臭氧总量与第二对流层顶高度均呈显著的负相关关系,当臭氧含量减少（增加）时,该对流层顶高度将偏高（偏低）,近年来伴随着高原臭氧总量的减少,高原第二对流层顸高度出现了明显的抬升。     

北京地区对流层顶变化及其对上对流层/下平流层区域臭氧变化的影响

根据2001～2003年期间获得的大气臭氧探空资料,揭示了北京地区上空对流层顶高度的某些变化特征及其对上对流层(UT)和下平流层(LS)区域内大气臭氧含量变化的影响.结果显示:北京地区上空对流层顶高度的平均值约11.1 km,其变化范围为7.7～14.4 km,臭氧层顶始终处在对流层顶下方约0.9 km高度处.对流层顶高度变化与臭氧总量变化之间的关系相对较弱.通常情况下,LS中的臭氧积分量明显高于UT中的相应值,并且二者呈相反的季节变化特征.北京地区上空仲夏和初秋季节第一对流层顶出现的频数明显减少,在第一对流层顶消失的情况下,LS中的臭氧积分量明显减少,而UT中的臭氧积分量明显增加,臭氧量减少最多发生在200～100 hPa层次中,而臭氧量增幅最大的层次是400～250 hPa.     

热带夏季风场与对流场季节内振荡传播模比较

利用1979-2007年卫星观测日平均OLR资料以及NCEP/DOE第2套再分析资料中的风场资料,采用有限区域波一频分析、合成分析等方法,分析对比对流层高、低层风场与对流场所表征的热带北半球夏季季节内振荡(BSISO)各种传播模态谱分布气候特征及其年际异常。结果表明:各要素反映的BSISO各种模态的气候特征及其年际变化存在一定差异,总体而言对流层低层风(850hPa纬向风或经向风)与对流比较一致。850hPa经向风(纬向风)所反映的纬向(经向)传播BSISO谱分布气候特征与对流情况最相似。在ENSO发展年,850hPa经向风反映的赤道东传波加强趋势与对流较为一致;850hPa纬向风、经向风反映的北传波变化趋势都与对流相似。在ENSO衰减年,850hPa纬向风(经向风)反映的赤道东传波(赤道外西传波)减弱趋势与对流较为一致;对流以及850hPa经向风、200hPa纬向风和200hPa经向风4种要素都能体现南海及周边地区北传波明显减弱这一特征。对流和850hPa纬向风所反映的北传波与印度洋偶极子模态之间关系一致。     

NCC_CGCM产品对长江中下游夏季降水预报的释用

通过对1983-2002年国家气候中心NCC_CGCM季节预报模式的2月初始场的5个预测场(500 hPa高度场,200 hPa经向风、纬向风场,850 hPa经向风、纬向风场)与NCEP实况场的相关检验,指出模式预测与实况有一定差距,但也存在预报效果好的区域,其中预报效果最好的是200 hPa和850 hPa纬向风场,正相关达到95%信度的点数最多;500 hPa高度场正相关达到95%信度的点数最少;利用模式预报效果好的区域的预测值,对2003-2007年长江中下游区域夏季降水指数进行释用,预报准确率达到80%;对比模式在该地区的降水预报以及仅用模式高度场的解释预报发现,用挑选有用信息后的预报效果更好.该方法在全国其他14个区夏季降水的释用中,江南区和内蒙古区预报准确率也可达到80%.     

近22a人为气溶胶对东亚地区夏季风环流影响的数值模拟研究

运用区域气候模式RegCM3耦合入一个化学过程,对东亚地区三类人为排放气溶胶（硫酸盐、黑碳和有机碳）的时空分布特征及其对夏季风环流的影响进行了数值模拟研究.模拟结果显示,气溶胶的引入会引起东亚地区夏季850 hPa风场发生改变,我国江淮以东洋面上空出现了一个气旋式距平环流中心,中心以西的偏北风气流将削弱东亚地区夏季西南季风.通过讨论春季中国地区气溶胶浓度与夏季东亚地区850 hPa经向风的时滞关系,以及夏季中国地区气溶胶浓度与同期东亚地区850 hPa经向风的关系,可以发现,春、夏季中国地区气溶胶浓度均与夏季东亚地区850hPa经向风有很好的负相关关系,当春季中国北方和夏季中国南方地区气溶胶浓度增加时,中国东部地区夏季偏南季风减弱.这可能与气溶胶改变了大气层顶和地表的辐射强迫,进而引起了海陆气压差异和位势高度场的变化有关.     

NCC_CGCM产品对长江中下游夏季降水预报的释用

通过对1983—2002年国家气候中心NCC_CGCM季节预报模式的2月初始场的5个预测场 (500 hPa高度场,200 hPa经向风、纬向风场,850 hPa经向风、纬向风场) 与NCEP实况场的相关检验,指出模式预测与实况有一定差距,但也存在预报效果好的区域,其中预报效果最好的是200 hPa和850 hPa纬向风场,正相关达到95%信度的点数最多;500 hPa高度场正相关达到95%信度的点数最少;利用模式预报效果好的区域的预测值,对2003—2007年长江中下游区域夏季降水指数进行释用,预报准确率达到80%;对比模式在该地区的降水预报以及仅用模式高度场的解释预报发现,用挑选有用信息后的预报效果更好。该方法在全国其他14个区夏季降水的释用中,江南区和内蒙古区预报准确率也可达到80%。     

HCl Quasi-Biennial Oscillation in the Stratosphere and a Comparison with Ozone QBO

1. Introduction The quasi-biennial oscillation (QBO) of the mean zonal wind in the equatorial stratosphere was discov- ered by Reed et al. (1961) and Veryard and Ebdon (1961). Later, Funk and Garnham (1962) and Ra- manathan (1963) were the first to descri…     

不同地转速度对季风分布及强度影响的数值模拟

本文利用风场标准化季节变率指数来探讨不同地转速度或自转周期下,全球季风的水平和垂直分布特征以及其随自转周期的不同而发生的规律性变化,同时探讨了经、纬向风的季节反向对季风区显著分布的影响.此外,定义一个新的表征季节变化相对大小的指数来探讨不同自转周期下,风场季节变化相对于地球自转周期条件下的强度的相对大小.结果表明,在水...     

广西区域霾过程高低空大气环流型影响分析

利用1980—2015年NCEP/NCAR逐日再分析资料和广西80个地面气象站资料,采用Lamb-Jenkinson方法对广西区域霾过程的大气环流进行分型,并探讨高低空环流型配置与区域霾过程的关系。结果表明:当地面东南风型、高空西风型时,广西出现霾过程的频率最高;地面东风型配合高空西风型对年霾过程的贡献最大,地面东南风型配合高空西风型主要出现在冷暖气流转换的春季、地面低压型配合高空高压脊型出现在西太平洋副热带高压明显加强、地面处于弱低压环境场的夏季、地面东风型配合高空西风型出现在环流稳定平直的秋季、地面东风型配合高空高压脊型出现在环流经向度明显增强的冬季,霾过程具有冬季多发、夏季少发的特点。近36年来,地面东风型配合高空高压脊型是广西霾过程呈偏多趋势的主导环流型。     

多要素表征的东亚季风区准双周振荡特征

为评估不同要素对东亚季风区准双周振荡的表征能力,对大气向外长波辐射（OLR）、500 hPa位势涡度、850 hPa相对涡度、850 hPa风场和750 hPa比湿等要素的准双周振荡特征进行对比,发现各要素均能很好反映东亚季风区明显的准双周振荡时空特征。OLR及500 hPa位势涡度、850 hPa相对涡度、850 hPa纬向风表征的准双周振荡呈明显的西北向传播特征,500 hPa位势涡度、850 hPa相对涡度、850 hPa纬向风北传更强,北传速度更快。850 hPa经向风的准双周振荡呈明显西移特征,北传弱,北传速度最慢。而750 hPa比湿准双周振荡呈东南向传播。不同要素准双周振荡的强度略有差异,其中750 hPa比湿与其他要素的差异大。总体而言,750 hPa比湿不能较好地表现出东亚季风区准双周振荡活动特征,而其余要素能很好地表征东亚季风区大气准双周振荡,其中500 hPa位势涡度和850 hPa相对涡度准双周振荡特征一致性高。     

Temporal Variations in the Vertical Distribution of Stratospheric Ozone over Obninsk from Lidar Data

The results of lidar measurements of ozone profiles over Obninsk in the altitude range of 12–35 km in 2012–2016 are presented. Temporal variations in total ozone in the above altitude range and seasonal variations in the vertical distribution of ozone are considered. Basic attention is paid to the analysis of ozone profile variations on the daily and weekly scales. The backtrajectory analysis demonstrated that in most cases the formation of layers with low or high ozone values is explained by the direction of meridional advection. Cross-correlation coefficients for the variations in ozone and temperature relative to the current monthly mean variations are calculated. Rather high values of correlation coefficients (~0.4–0.6) are obtained for summer in the low stratosphere (100 and 160 hPa) and for winter in the upper troposphere (50 and 20 hPa). In general, variations in ozone profiles are consistent with available climatologic data.     

AMIP模式对大气经向质量输送的模拟评估

从描述南、北半球间大气经向质量传输的角度人手,考察IPCC第4次评估报告提供的8个AMIP大气环流模式对越赤道质量通量输送的模拟性能。结果表明:NCAR、MPI和UKMO模式模拟出的越赤道整层大气质量通量与观测大体相一致;MIROC3模拟的整层大气质量通量年循环与观测结果相去甚远,尤其在夏季模拟出较强的虚假向北大气质量输送;IAP模拟的整层大气质量通量年循环方向与观测结果在7个月份中相反;把垂直大气分为4层.各模式对700 hPa以下(I_1)和300-70 hPa(I_3)两层质量通量的模拟能力普遍较好;对700-300 hPa层(I_2)质量通量模拟结果偏差较大;除MIROC3外,其余模式基本能够模拟出70-10 hPa(I_4)大气质量通量的季节变化.显然,不仅南、北半球间大气存在质量交换,越过其他纬度同样存在着经向大气质量输送,无论冬季、夏季还是年平均,各模式对越过其他纬度(60°S-60°N)经向大气质量输送的模拟结果与观测差异明显。整体权衡,UKMO_HADGEMl在模拟越赤道大气质量通量方面表现突出,MPI_ECHAM5模式优势较明显;NCAR、GISS和GFDL 3个模式在某些压力层内具有较好的模拟水平;MIROC模式对整层、700-300 hPa层的模拟能力较低,而对700 hPa以下层和300-70 hPa层的模拟水平较高;IAP_FGOALS和CNRM模式在模拟越赤道大气质量通量方面存在一定的不足.     

Some Aspects of the Characteristics of Monsoon Disturbances Using a Combined Barotropic－Baroclinic Model

ＳｏｍｅＡｓｐｅｃｔｓｏｆｔｈｅＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆＭｏｎｓｏｏｎＤｉｓｔｕｒｂａｎｃｅｓＵｓｉｎｇａＣｏｍｂｉｎｅｄＢａｒｏｔｒｏｐｉｃ－ＢａｒｏｃｌｉｎｉｃＭｏｄｅｌ￥Ｎ．Ｒ．ＰａｒｉｊａａｎｄＳ．Ｋ．Ｄａｓｈ（ＣｅｎｔｒｅｆｏｒＡ...     

Zonal and meridional circulations in the equatorialzone as deduced from the divergence field of the surface wind

The zonal and meridional circulations and their variability are examined on the basis of the surface wind data for 1950-1979. The climatological mean zonal wind and its divergence are examined in reference to the Walker Circulation. The role played by the meridional circulation in contributing to convergence of the surface wind field within the equatorial zone is emphasized. Regression coefficients are used to infer seasonal mean anomalies of divergence of the surface wind in years when the sea level pressure is 1 hPa above normal at Darwin, a condition representative of El Nino events. It is shown that anomalies in the divergence associated with the meridional wind component are primarily responsible for the heavy precipitation in the Central Pacific, while the anomalous divergence associated with the zonal wind component may cause the drought in the Western Pacific near Indonesia. A similar pattern of divergence anomalies is evident during three consecutive seasons beginning in northern summer and ending in northern winter. The reinforcement of the Hadley Circulation during El Nino episodes is noted. It is shown that the circulations over the Atlantic Ocean and Pacific Ocean are relatively uncorrelated. The interrelation between the dipole anticyclones and the meridional cir-culation over the central Pacific is discussed.     

Possible Causes of the Interdecadal Transition of the Somali Jet Around the Late 1990s

This observational study demonstrates that the Somali jet(SMJ) experienced a notable interdecadal transition in not only its lower-level parts(< 850 hP a) but also its higher-level parts(850–600 h Pa) in the late 1990 s. The results also show that the jet at higher level is more significantly related to East Asian monsoon rainfall than that at lower level. Thus, a new whole-layer SMJ(WSMJ) index which includes variations of the higher-level jet is defined based on the average meridional wind speed at five levels(1000–600 h Pa). The interdecadal transition of the SMJ can be mainly attributed to the meridional thermal contrast anomalies near the equator which are associated with the three-pole pattern of the southern Indian Ocean.