多层模式中臭氧加热率的计算及其对大气温度场的影响

本文介绍一个简单、经济的适用于各种多层大气环流模式中计算臭氧加热率的参数化方案,利用这一方案,可根据臭氧总量气候观测值及其垂直分布资料计算臭氧加热率,也可以在模式中加入臭氧方程,用预报的臭氧含量计算臭氧加热率.用此方案对单站气候资料试算,结果指出,随着高度的增加,臭氧吸收太阳辐射对大气太阳加热率的贡献逐渐接近、达到并在平流层50hPa附近明显超过其它物质如水汽的贡献.此方案用于九层大气环流模式时,对其辐射加热率的计算有较理想的改进,并使模拟的大气温度垂直分布更符合观测事实.     

平流层臭氧变化对大气加热率及到达地面紫外辐射的影响

平流层臭氧的变化对平流层的温度结构，整个大气环流以及到达地面的紫外辐射均有影响。本文采用一个计算臭氧吸收太阳辐射的参数化方法和有关资料，研究了臭氧变化对大气最大加热率和到达地面的紫外辐射通量密度的影响情况。文中给出的参数化方法可直接应用于大气环流模式计算臭氧吸收太阳辐射的加热率。     

冬季平流层热源及其对环流的影响

本文采用一个可用于大气定常波数值试验的线性化原始方程三维谱模式,研究了平流层环流对平流层内各种定常大尺度加热分布的响应.相对于北半球冬季纬向对称的基本状态,讨论了大尺度加热分布对冬季平流层大尺度运动的影响.发现平流层大气除受到对流层的热力强迫作用外,还将受到平流层内热源的影响,由于这种热力强迫作用,在平流层出现了1-2波的环流,但对对流层的环流影响却不大.引入臭氧加热率,使我们进一步证实了臭氧做为平流层中重要的增温因子所起的作用.数值试验的结果表明,臭氧对平流层环流的形成和维持,有着重要的贡献.     

南极臭氧洞对全球大气辐射加热场影响的数值模拟研究

为了探讨南极臭氧洞对全球气候的影响状况,我们用IAP_9层全球大气环流模式进行了南极臭氧洞气候效应的数值试验。本文分析了本次试验中南极臭氧洞引起的大气辐射加热场的变化,结果表明,南半球高纬和极地平流层臭氧含量的严重减少,不仅影响该地的大气辐射加热场,同时也使北半球平流层大气的辐射加热场发生改变。虽然对流层中层所受影响较少,但对流层下层南北半球的大气总辐射加热率的变化却相当明显,这些影响将使全球大气温度场产生明显变化。     

臭氧和海温对夏季大气的影响机制

用球圈范围的Ｐ－σ坐标模式对Ｏ３和海温的影响进行了数值试验，第一种方案不包含Ｏ３，第二种包含了Ｏ３，第三种既包含了Ｏ３又引入了海洋混合层。结果表明，Ｏ３对大气的直接作用表现为高层大气的加热率增大，改变了１００ｈＰａ的气象场。间接作用则表现为Ｏ３引入促发了积云对流加热的变化，从而影响中、低层大气的加热率。海洋混合层的影响是直接的，主要通过海面感热和蒸发量的变化影响低层大气。     

南极臭氧洞与南极涡旋的变化——IAP模式的试验结果

通过对IAP9层全球大气环流模式试验结果的分析,讨论了1987年南极臭氧洞对平流层大气辐射加热率和温、压、风场的影响。结果表明,南半球高纬和极地平流层臭氧含量的耗损,使该地区辐射加热率明显减小,气温明显下降,等压面明显下降,南极涡旋明显加强,说明南极春季涡旋的强弱与该地区臭氧含量及其热状况有密切关系。     

青藏高原隆升影响夏季大气环流的敏感性试验

本文用球带范围的大气环流耦合模式，模拟了青藏高原隆升过程中大气环流的变化。模拟的结果表明，高原对大气的加热作用随着高原地形的升高而加强，而其中潜热加热的贡献占据第一位。高原隆升加剧了高原上空大气的上升运动，使高低空的高低压系统得到了加强，增强了南亚和东亚的季风强度，并且引起高原地区降水明显增加，地表面平均温度剧烈下降。尽管如此，青藏高原的隆升并没有从根本上改变大气环流形势，海陆分布才是形成当代大气环流及季风的根本因子。因此，要模拟地质历史时期气候状况，除了高原地形外，还须考虑更多的因子，尤其是海陆分布的变化。     

欧亚地形对夏季南亚大气环流日变化影响的数值模拟研究

利用大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室（LASG）气候模式F-GOALS的大气谱分量SAMIL，设计了有、无欧亚地形的对比试验，并与NCEP/NCAR再分析资料进行比较，通过分析其流场、高度场、温度和涡度的差异，得到欧亚大陆地形对夏季大气环流场日变化的影响特征。结果表明，欧亚大陆地形对大气环流和气候日变化的影响主要集中在青藏高原地区。由于青藏高原上空大气对太阳辐射加热场的日变化最为敏感，随着日间加热场的增强，热力适应造成白天高原低层大气气旋性环流加深，相应地使周边地区向高原辐合增强，引起高原地区日间的上升运动更为强盛，而使大气高层反气旋环流增强，引起高原上空向外辐散气流增强。也就是地形效应在白天增强了高原“感热气泵”的效率，使其产生明显的日变化，随之带来高原及周边地区局地环流强烈的日变化。由于上升运动的日变化，引起高原南部地区降水的日变化，同时降水的增加正反馈于上升运动，使得上升运动在高原南部地区日变化尤为强烈。     

经圈环流在大气对SSTA强迫响应中的作用

本文建立了一个包括经向Hadley环流作用的简单半谱模式并从1982年欧洲中心的客观分析资料中得到全球纬向平均场。经一系列数值实验发现，当SSTA处于赤道地区时，由它强迫产生的波动可以同时向南北半球传播。但若考虑经向Hadley环流（υ）的作用，波传播的空间位相和振幅就有比较明显的变化，并更接近于实际大气环流异常情况。当非绝热加热源位于偏离赤道的南北半球时，实验结果表明，如果不考虑Hadley环流，南北半球的非绝热加热很难在另一半球产生强的大气响应；考虑了Hadley环流后，则非绝热加热产生的波动可向另一半球传播。数值实验结果还表明，夏季当非绝热加热源的位置改变时，大气对其改变的响应不明显，而冬季大气对非绝热加热源的纬向位置的响应却非常敏感。     

大气环流模式PIAP3物理过程对温度的调整关系分析

对大气环流模式PIAP3进行了30 a季节运行, 对其物理过程的温度调整倾向进行了系统分析, 研究发现:大气总辐射效应以冷却为主, 长波辐射温度倾向与温度本身具有负反馈关系, 与云量有正反馈关系。太阳短波辐射加热倾向直接反映了太阳直射点冬夏的季节转换;深厚对流和大尺度降水, 作为大气的重要加热机制, 是辐射冷却的重要平衡因子, 两者地域互补, 前者加热热带深厚大气, 后者主要加热中高纬对流层中低层大气。干、湿对流是低层大气热力混合的有效机制, 分别完成北半球中高纬和热带地区的低层热力混合, 两者共同作用消除不稳定。垂直涡旋扩散与浅积云对流对低层大气形成热量传输的互补匹配, 两者分别实现陆面和海面低层大气热量的有效传输混合, 并共同构成下垫面边界层和自由大气间的有效垂直传输机制。浅对流活跃区处于强盛深厚对流区的下游方向, 大尺度层结降水有利于浅积云的发展。物理过程净温度调整是各过程调整平衡的结果, 除赤道南北两侧的热带地区存在两个深厚的温度调整柱外, 边界层以上的整个对流层主体均以降温为主, 而边界层以下则以加热为主。     

Numerical Modelling of the Effects of Ozone on the Summer Atmospheric Circulation

ＮｕｍｅｒｉｃａｌＭｏｄｅｌｌｉｎｇｏｆｔｈｅＥｆｆｅｃｔｓｏｆＯｚｏｎｅｏｎｔｈｅＳｕｍｍｅｒＡｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃＣｉｒｃｕｌａｔｉｏｎＷａｎｇＱｉａｎｑｉａｎ（王谦谦）；ＷａｎｇＹｉｎｈｕｉ（汪迎辉）；ＳｏｎｇＹｕ（宋煜）（Ｎａｍｉｎｇｉｎｓｔ...     

大尺度山地上空的臭氧低值及地面加热

首次利用Ｎｉｍｂｕｓ－７卫星上搭载的臭氧观测光谱仪（ＴＯＭＳ）资料,分析研究了大尺度山地（青藏高原、洛基山脉和安第斯山脉）上空臭氧总量的分布和季节变化规律,指出了大尺度山地对大气臭氧的减少作用。从全球大气臭氧总量分布和纬向偏差分布可以看出：在上述３个大尺度山地上空均存在着明显的臭氧低值扰动,该扰动区夏季强于冬季。在这３个区域中,青藏高原上空的臭氧低值扰动为最强。分析同时指出：上述大尺度山地上空臭氧季节变化的极小值在秋季,极大值在春季。但上述地区臭氧总量与同纬度其它地区臭氧总量的偏差在春季或初夏达到极小值。为分析这种大尺度山地对臭氧减少作用的原因,本文分析了青藏高原地面热源与臭氧总量的关系,指出：大尺度山地表面对大气的加热与该地区臭氧减少之间存在着良好的反相关;在地面对大气的感热加热、潜热加热和有效长波辐射加热中,以感热加热与臭氧减少的关系为最好。     

我国对流层臭氧增加对气温的影响

利用耦台的区域气候模式和大气化学模式模拟对流层臭氧的产生、分布和对辐射传输、地表温度、气温等的影响。通过对比模拟发现：对流层中臭氧的增加基本使大气顶晴空辐射强迫为正；对流层中的臭氧含量变化能影响云量且进一步影响温度。由于对流层臭氧增加导致的晴空辐射强迫在4月份最大、1月份最小。     

兰州冬季气溶胶的短波加热效应及其对混合层发展的影响

综合考虑无云天气条件下，气溶胶和大气中各种吸收气体对太阳辐射的影响，建立了一个气溶胶大气的短波加热率模式，研究了兰州冬季气溶胶的短波加热效应。计算结果表明:气溶胶吸收太阳辐射而加热大气的作用是显著的。在上述工作的基础上，建立了一个完全闭合的混合层发展模式，利用数值方法探讨了气溶胶的辐射效应对混合层发展的影响。计算发现大气中气溶胶的增加会抑制混合层的发展，使混合层内的平均位温减小。     

气溶胶大气对太阳辐射的吸收

大气气溶胶对大气吸收太阳辐射的影响有许多人研究过。目前计算大气吸收太阳辐射的数值模式多数仍忽略大气气溶胶的作用。大气气溶胶一方面本身吸收太阳辐射;一方面对太阳辐射多次散射,使阳光在大气中传输更长的路程,增加了吸收物质对太阳辐射的吸收。计算表明:大气气溶胶对大气吸收太阳辐射的作用是显著而不能忽略的。     

On the Nonlinear Response of Lower Stratospheric Ozone to External Forces---The Inclusion of BrOx and Radiation Processes

In this paper the bromine family and radiative effects are considered in an updated box model under the framework of ozone-temperature feedback,in order to further analyze the possible behavior of atmospheric ozone in the lower mid-latitude stratosphere.Results show that this updated photochemical system can present several different solutions,within a certain domain of parameters,with fixed-point and periodic states appearing in turn.The temperature feedback effect introduced in this box model has not changed the topology of the ozone system.This result presents nonlinear characteristics of the ozone system,and possible trends in the stratospheric atmosphere between complex chemistry and radiation processes.     

THE ABSORPTION OF SOLAR RADIATION BY AEROSOL ATMOSPHERE

The two-stream approximation is applied to solve the multiple scattered radiation transfer equationsfor an inhomogeneous aerosol atmosphere.The accurate absorption of water vapor,ozone,carbon dioxideand molecular oxygen is calculated.Calculations have been carried out band by band for the beating rateof atmosphere.The results show that the effect of aerosols on solar heating of the atmosphere is significant.     

对流和加热对重力惯性波的激发

用线性模型讨论了对流和加热对重力惯性波的激发，分别讨论了初始垂直速度扰动和初始位温扰动及大气内部加热在静态层结大气中激发的重力惯性波，及重力惯性波过程引起的大气温压场的变化。得到的结果可以帮助理解中小尺度系统的发生发展，对流过程与环境大气的相互作用。