热带平流层CO浓度准两年振荡的位相变化特征

利用2005~2014年10年的卫星微波临边探测仪（MLS）资料分析了热带平流层一氧化碳（CO）体积混合比的年际变率,发现热带平流层CO浓度的准两年振荡（QBO）在30 hPa高度附近存在明显的位相变化特征。大气化学气候模式模拟结果表明,热带平流层CO的准两年振荡信号是化学和动力过程共同作用的结果,而动力作用主要是QBO引起的次级经向环流引起的物质传输。化学和动力过程共同作用导致热带平流层CO浓度的垂直梯度在30 hPa高度处发生反转,进而产生一氧化碳QBO信号的位相变化。此外,化学气候模式模拟结果还表明,与CO有关的化学过程不但可以减弱一氧化碳QBO信号的振幅,还可以在热带30~10 hPa高度范围内造成一氧化碳QBO和纬向风QBO信号之间约3个月的时间差。     

IAP-AGCM对QBO模拟的动量收支分析（英文）

平流层准两年振荡(QBO)是赤道平流层(～100-1 hPa)变率的主要模态,可对中高纬地区的环流产生重要影响,但目前利用通用大气环流模式(GCM)对其进行准确模拟仍然是一个挑战.本文利用IAP大气环流模式(IAP-AGCM)的中高层大气模式版本(IAP-AGCML69)对QBO进行模拟,并对其动量收支情况进行分析.研究发现,QBO主要是由对流活动引起的重力波强迫(参数化)引起的,但该动量强迫被平流层赤道上升流所引起的平流过程显著削弱.模式可分辨尺度的波动强迫对赤道上空的QBO的总纬向风倾向有正贡献,在上平流层,其量值大小与参数化的重力波强迫相当.以上结果提供了对QBO形成机制以及模式模拟差异可能原因的认识.     

IAP-AGCM对QBO模拟的动量收支分析

平流程准两年振荡(QBO)是赤道平流层(～100-1 hPa)变率的主要模态,可对中高纬地区的环流产生重要影响,但目前利用通用大气环流模式(GCM)对其进行准确模拟仍然是一个挑战.本文利用IAP大气环流模式(IAP-AGCM)的中高层大气模式版本(IAP-AGCML69)对QBO进行模拟,并对其动量收支情况进行分析.研究发现,QBO主要是由对流活动引起的重力波强迫(参数化)引起的,但该动量强迫被平流层赤道上升流所引起的平流过程显著削弱.模式可分辨尺度的波动强迫对赤道上空的QBO的总纬向风倾向有正贡献,在上平流层,其量值大小与参数化的重力波强迫相当.以上结果提供了QBO形成机制以及模式模拟差异可能原因的认识.     

准两年振荡对大气中微量气体分布的影响

NCAR的包含化学、辐射、动力相互作用的两维模式（SOCRATES）移植回国后进行了初步的模拟试验,用以研究某些对环境问题重要的微量气体的化学、辐射、动力传输过程。在不考虑极地平流层云和气溶胶表面非均相化学等情况下,模式积分多年,计算结果稳定,模拟的风场、温度场显示出正常的季节变化,模拟的微量气体分布与卫星实测资料对照,结果也比较一致。为了探讨热带平流层风场的准两年周期振荡（QBO）对平流层微量气体分布的影响,我们做了QBO强迫的数值试验,即在模式中加入QBO强迫,并与不考虑QBO强迫的模拟结果对比。结果表明,QBO与其相关的次级环流所引起动力输送的变化,使平流层微量气体分布发生变化。     

热带准两年振荡影响北半球冬季大气环流的诊断分析

利用NCEP/NCAR再分析资料,首先讨论了热带纬向风准两年振荡(QBO)的东、西风位相的划分标准.结果发现,赤道50 hPa的风与西风深厚度关系最密切,即赤道50 hPa的纬向平均风为西(东)风时往往代表平流层下层为一层深厚的西(东)风.在此基础上诊断分析了1958/1959～1997/1998年共40个冬季中热带纬向风QBO对北半球中高纬度地区纬向平均环流和准定常行星波传播的影响.诊断分析表明,热带QBO对北半球冬季大气环流的影响主要表现在平流层和对流层上层.热带QBO的东风位相年与西风位相年相比,中高纬地区的绕极西风环流明显减弱,中低纬地区则出现相反变化,从而在平流层的纬向平均环流分布上呈现偶极子形式.纬向平均流的这种年际变化可以很好地用中高纬度准定常行星波传播的异常加以解释,QBO的东风位相年和西风位相年相比,中高纬准定常行星波向极地的传播更强,从而在高纬度平流层产生异常的E-P通量辐合,波-流相互作用的结果使得西风减弱.但是热带纬向风QBO的影响在1958/1959～1997/1998年的前后20年有所差异.后20年相对于前20年而言,东西风位相的差异有所减小,Hol-ton-Tan振荡明显减弱;就行星波传播而言,东风位相年下,前20年行星波向上传播较弱,而后20年则以大约70°N为分界点,以南向上传播较强,以北向上传播较弱.这种差异可能跟中高纬度纬向西风的自身变化有关.     

NOx的准两年周期变化及其与臭氧准两年周期振荡的关系Ⅱ.模拟研究

利用NCAR的包含化学、辐射、动力相互作用的二维模式就纬向风的准两年周期振荡(简称QBO)对平流层微量元素分布的影响进行数值模拟试验.模拟中,输入纬向风QBO的值,计算出NOx、臭氧浓度和各种气象要素的垂直经向分布,并与不考虑QBO强迫的数值模拟结果进行对比.在第Ⅰ部分HALOE资料分析的基础上,进一步讨论了在纬向风QBO的影响下NOx浓度垂直分布的变化及其准两年周期振荡,并研究了NOx的QBO与臭氧QBO的关系.结果表明:模拟六年平均的NOx混合比分布与观测结果基本一致,并且在纬向风场QBO强迫下,NOx混合比扰动有明显的准两年周期振荡;与臭氧的QBO比较,发现在28 km以下,NOx的QBO与臭氧QBO同位相,而在28 km以上,它们则是反位相,与HALOE资料的观测结果基本吻合.文中对模拟得到的由于风场QBO引起的余差环流输送作用做了进一步的分析,并讨论了在不同高度的气层中余差环流的输送作用与NOx破坏作用在臭氧QBO形成中的相对重要性.     

HALOE资料揭示的热带平流层CH4时空变化特征

中层大气微量成分的分布和变化是中层大气研究的重要问题之一,但是长期以来中层大气的资料非常少。卤素掩星试验（HALOE）对中层大气多种微量气体进行观测,形成中层大气多种微量元素的空间分布和时间演变资料组,这是对中层大气微量气体含量资料的极大补充。作者利用1992～2003年HALOE资料分析热带地区（20°S～20°N）平均的CH4的垂直分布和时间演变特征。结果表明:热带平流层CH4混合比在平流层下层有较充分的混合;热带平流层CH4混合比的季节变化明显,在平流层中上层以年循环为主,而在平流层下部以半年变化为主;热带平流层CH4混合比的年际变化主要有准2年和准5年振荡。       

青藏高原上空H2O和CH4的分布和变化趋势分析

采用UARS卫星1993—2004年卤素掩星试验的观测资料(HALOE),分析了青藏高原(下称高原)上空大气中H2O和CH4的分布和季节变化,也与同纬度其它地区作对比,找出它们的差异,并分析了H2O和CH4的多年变化趋势。结果表明:高原上空H2O混合比在对流层上层随高度迅速减少,在对流层顶和平流层底达到极小值,平流层里水汽混合比随高度增加。高原上空CH4混合比从140 hPa直至1 hPa随高度递减。在对流层上部和平流层下部H2O和CH4混合比季节差异最明显。高原上空H2O和CH4混合比与同纬度带其它地区相比有不少差异,这种差异在对流层上部和平流层下部更明显。分析还表明:高原上空对流层上部和平流层下部H2O和CH4的分布明显受到高原热力作用引起的垂直运动的影响,高原区域是平流层和对流层交换的活跃区。平流层中上层H2O和CH4的关系很密切,其原因主要是在平流层中上层CH4很容易被氧化成H2O。趋势分析表明,在对流层顶附近,水汽在1993—2004年呈下降趋势,而CH4在1998年以前和2001年以后也呈下降趋势;平流层中层1993—2000年H2O混合比呈增加趋势,CH4呈下降趋势,2000—2004年H2O混合比呈下降趋势,而CH4呈增加趋势。     

平流层行星波对CH4季节变率的影响

分析了1992-2000年各季节卤素掩星试验(Halogen Oceultation Experiment)HAOLE的CH4混合比资料,并用美国国家大气研究中心(the National Center for Atmospheric Research)NCAR的平流层二维模式(Simulation of Chemistry,Radiation,and Transport of Environmentally important Species)SOCARTES研究了CH4在冬、夏季节变率与平流层行星波对CH4浓度输送之间的关系,结果表明:观测和模拟的CH4混合比季节变化都很明显,而模拟的CH4浓度季节变率比观测值小30%～60%.分析结果还表明,模式中行星波引起的CH4浓度变化主要贡献于30 km以下的季节变率.比较了模拟和观测的行星波对CH4的输送结果,结果显示模式明显低估了行星波的输送,这也是模式中季节变率比观测偏小的一个主要原因.     

NOx的准两年周期变化及其与臭氧准两年周期振荡的关系Ⅰ.资料分析

利用1992～2000年HALOE的观测资料,分析了平流层NPx(这里是指NO和NO2)混合比的垂直经向分布结构、季节变化和年际变化,并与O3混合比的年际变化进行比较.结果表明:(1)在各纬度平流层NOx混合比的垂直结构基本相似,从平流层下层向上随高度增加,分别在1～2hPa(NO)和5～10 hPa(NO2)达到极大值,再向上NOx混合比随高度减小.另外,NO混合比在1.0×l0-5hPa高度附近还有一个极值区.在平流层下层,它们的极值区下方,NOx混合比基本从热带向两极增大.NO混合比在平流层位于1～2 hPa之间有一个高值区,在1.0×10-5hPa附近还有一个更大的极值.而NO2只有一个浓度高值区,位置在5～10 hPa.(2)NOx混合比在中低纬的高度分布和经向分布上都存在准两年周期振荡(简称QBO).NO2的QBO较NO更明显,赤道上空的NOx的QBO最明显,北半球NOx的QBO较南半球更明显,而20～5hPa的NOx的QBO又较其他气层更明显.(3)在热带30 km以上,NOx的QBO与O3混合比的QBO位相相反;而中纬地区及30 km以下的热带,它们有一个位相差,但不完全相反.     

未来甲烷排放增加对平流层水汽和全球臭氧的影响

利用一个耦合的大气化学-气候模式(WACCM3)研究了地表甲烷排放增加对平流层水汽和全球臭氧变化的影响.结果表明,如果地表甲烷的排放量在2000年的基础上增加50%(达到政府间气候变化专门委员会A1B排放情景中2050年的值),平流层水汽体积分数将平均增加约0.8×10^-6.南半球平流层甲烷转化为水汽的效率比北半球高.在北半球平流层中,1mol甲烷分子可以转化为约1.63mol的水汽分子,而在南半球1mol甲烷分子大概可以转化为约1.82mol的水汽分子.甲烷排放增加50%将使全球中低纬度地区以及北半球高纬度地区的臭氧柱总量增加1%-3%,使南半球高纬度地区臭氧柱总量增加近8%,而秋季(南半球春季)南极地区臭氧柱总量增加幅度可高达20%,南极臭氧的这种显着增加主要是由于甲烷增加造成的化学反馈所致.在北半球中高纬度地区,甲烷增加引起的臭氧变化主要与甲烷氧化导致的水汽增加有关.研究还表明,未来甲烷排放增加对臭氧的恢复作用其实与溴化物排放的减少一样重要.     

THE INTERANNUAL OSCILLATION OF RAINFALL OVER CHINA AND ITS RELATION TO THE INTERANNUAL OSCILLATION OF THE AIR-SEA SYSTEM*

The quasi-biennial oscillation(QBO) and 3.5 years quasi-periodic oscillation(named TO hereafter) are exhibited in most of 48 weather stations of China by applying power spectrum analysis to the monthly rainfall data for the period from Jan. 1933 to Dec. 1987. In order to reveal the features of QBO and TO components, another rainfall data set in 160 stations over China for the period from Jan. 1951 to Dec. 1987 was analysed by means of a new method named complex empirical orthogonal function(CEOF). The results show that both QBO and TO modes exhibit two propagation ways:one originates in Northeast China, extends southward, passes through North China and reaches the eastern part of Northwest China and the northern part of Southwest China; the other appears over Guangdong and Fujian, then moves northward and westward respectively to the Huanghe-Huaihe Basin and Southwest China.These two paths of oscillation meet over North China and the area between the Changjiang River and the Huanghe River. A significant correlation exists between the interannual oscillation of the rainfall over China and that of the sea surface temperature(SST) at the equator. Although the correlation between the rainfall over China and the SST over the equatorial eastern Pacific is rather weak, the correlation between their oscillation component is pronounced.     

NO_x的准两年周期变化及其与臭氧准两年周期振荡的关系 II.模拟研究

利用NCAR的包含化学、辐射、动力相互作用的二维模式就纬向风的准两年周期振荡 (简称QBO)对平流层微量元素分布的影响进行数值模拟试验。模拟中 ,输入纬向风QBO的值 ,计算出NOx、臭氧浓度和各种气象要素的垂直经向分布 ,并与不考虑QBO强迫的数值模拟结果进行对比。在第I部分HALOE资料分析的基础上 ,进一步讨论了在纬向风QBO的影响下NOx浓度垂直分布的变化及其准两年周期振荡 ,并研究了NOx的QBO与臭氧QBO的关系。结果表明 :模拟六年平均的NOx混合比分布与观测结果基本一致 ,并且在纬向风场QBO强迫下 ,NOx混合比扰动有明显的准两年周期振荡 ;与臭氧的QBO比较 ,发现在2 8km以下 ,NOx的QBO与臭氧QBO同位相 ,而在 2 8km以上 ,它们则是反位相 ,与HALOE资料的观测结果基本吻合。文中对模拟得到的由于风场QBO引起的余差环流输送作用做了进一步的分析 ,并讨论了在不同高度的气层中余差环流的输送作用与NOx破坏作用在臭氧QBO形成中的相对重要性     

基于生产与消费视角的CO2环境库茨涅兹曲线的实证研究

基于生产和消费视角,对人均GDP和单位GDP的CO₂排放之间的内在关系进行了实证分析。对1990-2004年44个国家的人均GDP与生产型和消费型的单位GDP的CO₂排放进行面板数据的单位根检验和协整分析,在此基础上,对CO₂环境库茨涅兹曲线（EKC）进行模拟。结果显示：无论是从生产视角还是从消费视角,单位GDP的CO₂排放量都具有显著的倒"U"形状,符合环境库茨涅兹曲线特征。但对于多数发展中国家,消费型单位GDP的CO₂排放量总是低于生产型单位GDP的CO₂排放量,表明多数发展中国家在国际贸易中存在着内涵CO₂排放的净出口,这对从生产角度核算国家温室气体排放体系提出了挑战。最后,分析了CO₂环境库茨涅兹曲线对中国应对气候变化的启示。     

基于生产与消费视角的CO2环境库茨涅兹曲线的实证研究

 基于生产和消费视角,对人均GDP和单位GDP的CO₂排放之间的内在关系进行了实证分析。对1990-2004年44个国家的人均GDP与生产型和消费型的单位GDP的CO₂排放进行面板数据的单位根检验和协整分析,在此基础上,对CO₂环境库茨涅兹曲线（EKC）进行模拟。结果显示：无论是从生产视角还是从消费视角,单位GDP的CO₂排放量都具有显著的倒"U"形状,符合环境库茨涅兹曲线特征。但对于多数发展中国家,消费型单位GDP的CO₂排放量总是低于生产型单位GDP的CO₂排放量,表明多数发展中国家在国际贸易中存在着内涵CO₂排放的净出口,这对从生产角度核算国家温室气体排放体系提出了挑战。最后,分析了CO₂环境库茨涅兹曲线对中国应对气候变化的启示。     

中国气温的年际振荡及其与海气振荡的关系

对中国47站1933、1—1987、12月平均气温资料进行功率谱分析表明,中国气温存在明显的准两年振荡(QBO)和准3.5年振荡(称为SO)。 用CEOF方法对中国160站气温QBO和SO分量研究表明:振荡具有传播和驻波的混合。传播路径一条由华北向南向西,另一条由华南向北向西。 文章还对中国气温和东太平洋赤道海温进行了滞后相关分析。      

CH4 emission from various rice fields in P.R. China

Summary The CH₄ emission rates from Chinese rice fields have been measured in five typical areas representing all of the five major rice culture regions in People's Republic of China (P.R. China). Four types of diurnal variations (afternoon peak, night peak, afternoon-night double peaks and random pattern) of CH₄ emission rates have been found. The first pattern was normally found in clear weather, the second and the third types were only found occasionally in particular place, while the fourth were found in cloudy or rainy weather. Due to the irregular pattern of the methane production observed in the morning-afternoon comparison experiment, the transport pathway influenced by certain factors, may be the major factor governing the diurnal variation of CH₄ emission. Seasonal variation patterns of CH₄ emission differ slightly with different field locations, where climate system, cropping system and other factors are different. Two and three emission peaks were generally found during single and early rice vegetation periods, with the peak magnitude and time of appearance differing to small degree in individual sites. A decreasing trend of seasonal variation was always observed in late rice season. A combination of seasonal change of transport efficiency and that of CH₄ production rate in the paddy soil explains well the CH₄ emission. The role of rice plant in transporting CH₄ varied over a large range in different rice growing stages. The reasons for internnual changes of CH₄ flux are not yet clear.Great spatial variation of the CH₄ emission has been found, which can be attributed to the differences in soil type and soil properties, local climate condition, rice species, fertilizer and water treatment. Experiments showed that while the application of some mineral fertilizers will reduce the CH₄ emission and CH₄ production in the soil, the application of organic manure will enhance CH₄ emission and CH₄ production in the soil. Any measures which can get off easily decomposed carbon from organic manure may reduce C supply for CH₄ production, and hence reduce CH₄ emission. Fermented sludges from biogas generators and farmyard-stored manure seem to be promising. In some parts of China, separate application of the organic and mineral manure instead of mixed application could be another option. Frequent Scientific drainage and ridge cultivation, which are often used water management techniques in Chinese rice agriculture, have been proved in the experiments to be a very efficient mitigation measures to reduce CH₄ emission from rice fields.By summarizing the present available data, China's rice fields contribute about 13.3 Tg yr^–1 (11.4–15.2) CH₄ to the atmosphere. The total methane emission from global rice fields can be estimated 33–60 Tg yr^–1, much less than the estimates made before.If we extrapolate the measured data in China with a consideration of measured data in other Asian country, the total global emission of CH₄ from rice fields are estimated to be about 35–60 Tg yr^–1 With 2 Figures     

城市空气污染二氧化硫数值预报中的背景值对比研究

利用ADMS在制作鞍山市空气污染二氧化硫数值预报研究工作中,根据对2007年1—5月逐日鞍山市6个监测点的监测资料,分别选用当天浓度监测值背景值,前一天浓度监测值背景值,按比例扩大ADMS模型的预测结果,考虑背景气象条件决定的背景值,将4种背景值的方案进行污染预测比较。结果表明：以背景气象条件决定的背景值为基础实施预报,其结果的相关系数和符合指数最为显著。4种预报方案中,以考虑背景气象条件的背景值方案预报效果为最好。     

NUMERICAL SIMULATION OF ATMOSPHERIC METHANE TRENDS OVER THE LAST 150 YEARS*

A global two-dimensional chemistry model is developed to study long-term trends of CH₄ since industrial revolution.The sources of CH₄,CO and NO_x are parameterized as functions of latitude and time.With two long-term emission scenarios,long-term trends of CH₄ are simulated.The results have a good agreement with observation from ice cores.The modeled CH₄ increased from 760 ppbv in 1840 to 1611.9 ppbv in 1991, while the modeled number concentration of tropospheric OH decreased from 7.17×10⁵ cm^-3 in 1840 to 5.79×10⁵ cm^-3 in 1991.The increase of atmospheric CH₄ can be explained by the increase of emission of CH₄ and build-up because of decrease of OH radicals that remove CH₄ from the atmosphere.The model is also used to simulate the distribution of CH₄.Comparisons between the model results and observations show that the model can simulate both latitudinal distribution and seasonal variation of CH₄ well.     

Impacts of Global Emissions of CO, NOx, and CH4 on China Tropospheric Hydroxyl Free Radicals

Using the global chemistry and transport model MOZART,the simulated distributions of tropospheric hydroxyl free radicals(OH) over China and its sensitivities to global emissions of carbon monoxide(CO),nitrogen oxide(NO x),and methane(CH 4) were investigated in this study.Due to various distributions of OH sources and sinks,the concentrations of tropospheric OH in east China are much greater than in west China.The contribution of NO + perhydroxyl radical(HO 2) reaction to OH production in east China is more pronounced than that in west China,and because of the higher reaction activity of non-methane volatile organic compounds(NMVOCs),the contributions to OH loss by NMVOCs exceed those of CO and take the dominant position in summer.The results of the sensitivity runs show a significant increase of tropospheric OH in east China from 1990 to 2000,and the trend continues.The positive effect of double emissions of NO x on OH is partly offset by the contrary effect of increased CO and CH 4 emissions:the double emissions of NO x will cause an increase of OH of 18.1%-30.1%,while the increases of CO and CH 4 will cause a decrease of OH of 12.2%-20.8% and 0.3%-3.0%,respectively.In turn,the lifetimes of CH 4,CO,and NO x will increase by 0.3%-3.1% with regard to double emissions of CH 4,13.9%-26.3% to double emissions of CO and decrease by 15.3%-23.2% to double emissions of NO x.