1979-2008年华北地区对流层顶高度变化特征

利用1979—2008年华北地区12个测站逐日对流层顶探空资料,运用统计学方法对该地区不同类别对流层顶发生及其高度的季节特征进行探讨,并采用线性趋势、小波分析和EOF分解等方法对其高度变化等气候特征进行分析,揭示了该地区对流层顶的季节特征及其高度变化的基本事实和规律。结果表明：华北地区第一对流层顶冬季出现多,夏季少,近30a来呈减少趋势,第二对流层顶夏季出现多,冬季少,近30a来呈增加趋势;全年均出现复合对流层顶,且在季节转换时期出现频率较高;第一对流层顶高度年变程呈双峰型,夏季高,冬季低,第二对流层顶高度年变程呈单谷型,冬季高,夏季低,春、秋季介于两者之间;两类对流层顶高度变化均存在5-6a的周期,第二对流层顶相比具有更多时间尺度周期变化。近30a间华北地区第一、第二对流层顶年平均高度变化均呈升高趋势,且与其上下层间平均温度有关。     

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。     

青藏高原两类对流层顶高度的季节变化特征

根据青藏高原地区14个探空站近30 a（1979—2008年）的对流层顶逐日观测资料,分析了该地区上空热带对流层顶（第二对流层顶）和极地对流层顶（第一对流层顶）出现的频率及高度的季节变化特征。结果表明：（1）高原全年均可观测到第二对流层顶,其中在暖季（6—10月）第二对流层顶占绝对主导地位,而在其余月份则以复合对流层顶为主;（2）两类对流层顶高度在季节变化上存在着明显的差异,第一对流层顶高度在春秋（夏冬）季偏高（低）,第二对流层顶高度在春夏（秋冬）季偏高（低）,即第一（二）对流层顶高度的年变化曲线呈双（单）峰型;（3）两类对流层顶高度均存在明显的年际变化,第一（二）对流层顶高度除秋季存在准3.6 a（6 a）的周期变化外,其余季节均具有4.5~6 a（2~4 a）的振荡周期;（4）近30 a来高原第一（二）对流层顶主要表现出下降（上升）的趋势,尤其是第二对流层顶高度在冬、春季存在着明显的上升趋势。     

青藏高原与同纬度其他地区热带对流层顶气压变化特征的比较

基于1979—2014年ERA-Interim逐日再分析温度资料,依据温度递减率插值法计算出青藏高原及同纬度其他地区热带对流层顶气压数据,比较了高原和同纬度其他地区热带对流层顶气压季节变化和长期变化趋势,讨论了热带对流层顶气压与高空温度的关系。结果表明:1)在季节变化上,除12月和1月外,青藏高原热带对流层顶气压全年低于同纬度其他地区;青藏高原热带对流层顶气压、对流层中上层以及平流层下部平均温度均表现出比同纬度其他地区更明显的单峰型特征。2)热带对流层顶气压与高空温度变化关系密切,对流层中上层(平流层下部)平均温度升高(降低),有利于热带对流层顶气压降低;相对于同纬度其他地区,青藏高原对流层顶气压与对流层中上层平均温度的关系更密切。3)1979—2014年青藏高原和同纬度其他地区各季节的热带对流层顶气压均呈现出不同程度的下降趋势,冬春季下降趋势更加显著;青藏高原各季节对流层中上层增温和平流层下部降温的幅度均超过同纬度其他地区,导致其热带对流层顶气压的下降趋势比同纬度其他地区更加明显。     

甘肃省对流层顶高度的季节变化特征分析

根据甘肃省8个探空站25年(1980—2004年)的对流层顶观测资料,分析了第一对流层顶和第二对流层顶高度的季节变化特征,结果表明:(1)全省各站全年各月均可观测到复合对流层顶,两类对流层顶存在着明显的季节差异,冬(夏)季以第一(二)对流层顶为主。(2)第一对流层顶的平均高度在春、秋(冬、夏)季相对较高(低),年变化曲线呈双峰型;第二对流层顶的平均高度在春、夏(秋、冬)季相对较高(低),年变化表现出单峰型。(3)两类对流层顶高度均存在明显的年际变化,除秋季外,各个季节第一(二)对流层顶普遍存在5～6 a(准3 a)的周期振荡。(4)近25年来甘肃省两类对流层顶主要以上升趋势为主,特别是在夏季两类对流层顶高度均存在明显的上升趋势。     

皖北地区对流层顶气象特征分析

利用阜阳高空气象站2007—2011年08时的对流层顶气象资料,运用统计学方法,对皖北地区两类对流层顸的气象特征进行分析。结果表明：极地类对流层顶与热带类对流层顶大部分时间并存于皖北地区上空,7、8、9月极地类对流层顶消失;热带类对流层顶的高度先扬后抑,5月最高,11月最低,温度先降后升,12月最高,9月最低;极地类对流层顶的高度上半年不断抬高,下半年依次走低,温度年头高、年中低;两类对流层顶季节性特征的变化大体上呈正相关关系,极地类对流层顸季节性变化较大。     

东亚太平洋地区近地面臭氧的季节和年际变化特征及其与东亚季风的关系

利用东亚清洁背景站近地面臭氧观测资料,结合风场和降水资料,分析东亚各地区臭氧的多年季节变化特征,并探讨东亚太平洋地区臭氧的季节和年际变化与季风的关系以及影响近地层臭氧的主要因子。结果表明：东亚大部分地区与北半球背景站观测一致,近地层臭氧季节变化表现为春季最高、夏季最低的特征;但在东亚中纬度33～43°N,臭氧表现为夏季最高,而在东亚20°N以南地区臭氧则表现为冬末、春初最高。东亚太平洋沿岸近地面臭氧的季节变化主要受东亚冬、夏季风环流的季节变化控制。该地区不同纬度上春季峰值出现时间的差异与亚洲大陆春季不同时期污染物输送路径的差异有关。对东亚太平洋沿岸对流层顶附近位势涡度、高空急流和垂直环流季节变化的分析表明,冬春季可能是平流层向对流层输送的最强期,对近地面臭氧贡献最大。初夏至秋季（5-11月）,平流层向对流层输送较弱,对近地面臭氧贡献较小。东亚太平洋地区夏季风爆发的时间和强度以及季风环流型的年际差异是导致该地区春、夏季臭氧年际变化的主要原因;而季风降水和云带位置以及平流层一对流层交换是造成臭氧年际变化的其他原因。     

青藏高原两类对流层顶频率的季节分布特征及其与同纬度地区的差异

基于1979~2014年ERA-Interim逐日再分析温度资料,依据温度递减率插值法,计算出北半球两类对流层顶(热带对流层顶和极地对流层顶)频率数据。对比分析了青藏高原与同纬度地区两类对流层顶频率在季节变化上的差异,并讨论了青藏高原两类对流层顶频率分布与高空温度的关系。结果表明:1)依据温度递减率插值法计算出的再分析两类对流层顶频率可以反映青藏高原两类对流层顶频率季节变化特征:热带对流层顶全年频率高,冷、暖季节差异不明显;极地对流层顶盛夏频率极低,冷、暖季节差异明显。与极地对流层顶频率相比,青藏高原热带对流层顶频率的可信度更高。2)青藏高原和同纬度地区热带(极地)对流层顶频率在暖季增加(减少),在冷季减少(增加)。相比同纬度地区,青藏高原热带(极地)对流层顶频率在冬季偏少(多),其他季节偏多(少)。青藏高原两类对流层顶频率等值线的梯度更大,表明青藏高原对流层顶更易断裂。3)青藏高原两类对流层顶频率与高空温度关系密切。青藏高原对流层中上层(平流层下部)温度升高(降低),有利于青藏高原热带对流层顶频率增加,极地对流层顶频率减少,反之亦然。     

Investigation of tropopause characteristics in the polar zone with the use of radio sounding data at Barrow station

Characteristics of the thermal tropopause are computed and analyzed on the base of 18-year series (1990–2007) of radio sounding data at Barrow station. The seasonal and interannual variability of tropopause height and temperature values, as well as of the relative humidity and wind speed at this level are investigated. Investigation of the tropopause “contrast” value, which defines the tropopause as the separating layer, is carried out. It is shown that during the period under review the tropopause has become stronger pronounced, mainly due to the temperature lapse rate increase in the lower stratosphere.     

沈阳地区对流层顶气候特征分析

对1977～1992年1,4,7,10月沈阳第一和第二对流层顶月平均高度和温度数据进行分析。结果表明:沈阳是以第一对流层顶为主的地区,第二对流层顶只有夏季发生频率较高;第一对流层顶的高度、温度以及出现频率都表现出明显的季节变化特征,其中高度在1月最低,7月最高;温度在3月最低,8月最高。第二对流层顶高度的季节变化表现为冬春季高、夏秋季低。温度表现为冬季高,夏季低。第一对流层顶在各个月份温度都随高度增高而降低,降幅1月最小,7月最大,4月和10月居中。第二对流层顶温度随高度变化只在7月显著递减;第一对流层顶高度在10月显著降低,降幅为453m/10a,其他月份变化趋势不明显。第一对流层顶在7月显著降温,降幅为1·8℃/10a,10月增温显著,升幅为2·0℃/10a。第二对流层顶高度在不同月份都表现出弱升高趋势,但不显著。1月和10月的降温和升温显著,降幅和升幅分别为1·7℃/10a和1·2℃/10a。     

位温、等熵位涡与锋和对流层顶的分析方法

等熵位涡分析是位涡理论的分析基础。此文的目的是介绍等熵位涡分析所必需掌握的基本概念和方法。文中从位温和位涡、对流层和平流层、锋和对流层顶的基本性质出发,讨论了锋和对流层顶在剖面图、等压面图及等位温面（即等熵面）图上的特征。文中给出了各种分析实例图形,并通过分析和对比指出：平流层的高位涡是对流层顶以上位温随高度急剧增加位温垂直梯度特别大的结果;位温垂直梯度是决定位涡分布的主要因子;等熵位涡图主要反映极地气团的活动,同时也是与极地气团密切关联的锋、急流、对流层顶的综合反映。最后提出了等熵位涡分析中需要避免的一些错误认识,特别是不能将等位温面上的流线当成轨迹的错误,并由此得出平流层空气侵入对流层下部的错误推论。     

Statistics of the tropopause inversion layer over Beijing

High resolution radiosonde data from Beijing, China in 2002 are used to study the strong tropopause inversion layer （TIL） in the extratropical regions in eastern Asia. The analysis, based on the tropopause- based mean （TB-mean） method, shows that the TIL over Beijing has similar features as over other sites in the same latitude in Northern America. The reduced values of buoyancy frequency in 13-17 km altitude in winter-spring are attributed to the higher occurrence frequency of the secondary tropopause in this season. In the monthly mean temperature profile relative to the secondary tropopause, there also exists a TIL with somewhat enhanced static stability directly over the secondary sharp thermal tropopause, and a 4 km thickness layer with reduced values of buoyancy frequency just below the tropopause, which corresponds to the 13-17 km layer in the first TB-mean thermal profile. In the monthly mean temperature profile relative to the secondary tropopause, a TIL also exists but it is not as strong.
For individual cases, a modified definition of the TIL, focusing on the super stability and the small distance from the tropopause, is introduced. The analysis shows that the lower boundary of the newly defined TIL is about 0.42 km above the tropopause, and that it is higher in winter and lower in summer; the thickness of the TIL is larger in winter-spring.     

近51年我国对流层顶高度的变化特征

利用NCEP/NCAR的对流层顶气压多年月平均和逐月平均再分析资料,运用EOF和REOF方法对近51年中国对流层顶高度的空间分布和时间演变特征进行了详细分析。结果表明,中国地区热带对流层顶(第二对流层顶)和极地对流层顶(第一对流层顶)的边界线,2月最南,8月最北,较高的热带对流层顶从2月开始,逐渐北进,8月到达最北界(44°N附近),然后开始南退,2月其北界处于最南端,在29°～30°N附近;我国29°～44°N之间的中纬度地区,对流层顶高度的年变化幅度较大;对流层顶高度场有三种主要的模态:第一种为全区一致的偏高(偏低)型;第二种为南高(低)北低(高)的南北相反分布型;第三种为南北地区-中部地区相反分布型。对对流层顶高度场进行REOF分解可将中国地区分为6个气候分区,即华南区、新疆区、东北区、华北区、长江流域区和青藏高原区,各区对流层顶高度最大值一般都出现在夏季,最小值出现在冬季,只有华南区的最大值出现在春季,最小值出现在夏季。中国地区对流层顶高度的年际变化和长期趋势具有十分明显的区域性。     

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.     

夏季亚洲季风区对流层向平流层输送的源区、路径及其时间尺度的模拟研究

基于NCEP/NCAR分析资料和拉格朗日轨迹输送模式FLEXPART, 通过气块轨迹计算, 对2005年夏季亚洲季风区对流层向平流层输送 (Troposphere to Stratosphere Transport, 简称TST) 的近地层源区、 输送路径及其时间尺度问题进行了一些初步探讨。结果表明: (1) 夏季亚洲季风区TST两个主要的边界层源区, 一个是热带西太平洋地区; 另一个是青藏高原南部、 孟加拉湾以及印度半岛中北部等地区, 上述两个区域与夏季强对流的分布相一致。在对流层顶高度附近 (约16 km高度), 两个近地层源区的垂直输送贡献相当。但进一步分析发现, 穿越对流层顶高度的质量输送只有约10％能够进入20～22 km高度的平流层中, 且主要源于以青藏高原南侧为代表的南亚季风区 (约贡献75%), 这进一步强调了青藏高原及其周边区域在全球TST过程中的重要地位。 (2) 轨迹分析显示, 夏季亚洲季风区对流层进入平流层的 “入口区” 主要在 (25°N～35°N, 90°E～110°E) 区域的青藏高原及其周边区域。TST路径受对流层上层南亚高压闭合环流、 北半球副热带西风急流和赤道东风急流的共同控制。 (3) 亚洲季风区TST两个主要的过程, 一个是和夏季湿对流抬升直接联系的快速输送过程, 它可以使近地层大气在1～2天内输送到平流层中, 贡献了整个TST的10%～30%; 另一个是大气辐射加热所致的大尺度垂直输送, 该输送是一个相对的慢过程, 时间尺度一般为5～30天。此结果意味着, 源于地表的短生命周期的大气污染物可通过光化学反应过程对该区域平流层臭氧及其他大气痕量成分平衡产生重要影响。     

The impact of cut-off lows on ozone in the upper troposphere and lower stratosphere over Changchun from ozonesonde observations

In situ measurements of the vertical structure of ozone were made in Changchun(43.53?N, 125.13?E), China, by the Institute of Atmosphere Physics, in the summers of 2010–13. Analysis of the 89 validated ozone profiles shows the variation of ozone concentration in the upper troposphere and lower stratosphere(UTLS) caused by cut-off lows(COLs) over Changchun. During the COL events, an increase of the ozone concentration and a lower height of the tropopause are observed.Backward simulations with a trajectory model show that the ozone-rich airmass brought by the COL is from Siberia. A case study proves that stratosphere–troposphere exchange(STE) occurs in the COL. The ozone-rich air mass transported from the stratosphere to the troposphere first becomes unstable, then loses its high ozone concentration. This process usually happens during the decay stage of COLs. In order to understand the influence of COLs on the ozone in the UTLS, statistical analysis of the ozone profiles within COLs, and other profiles, are employed. The results indicate that the ozone concentrations of the in-COL profiles are significantly higher than those of the other profiles between ±4 km around the tropopause. The COLs induce an increase in UTLS column ozone by 32% on average. Meanwhile, the COLs depress the lapse-rate tropopause(LRT)/dynamical tropopause height by 1.4/1.7 km and cause the atmosphere above the tropopause to be less stable. The influence of COLs is durable because the increased ozone concentration lasts at least one day after the COL has passed over Changchun. Furthermore, the relative coefficient between LRT height and lower stratosphere(LS) column ozone is-0.62,which implies a positive correlation between COL strength and LS ozone concentration.     

敦煌夏末大气垂直结构和边界层高度特征

本文利用西北干旱区陆-气相互作用野外观测试验 (NWC－ALIEX) 2008年8月11～18日的探空试验资料, 分析了中国西北干旱区敦煌地区的大气垂直结构和边界层高度特征。结果表明, 对流层顶大约在距地15000 m高度左右, 为第二 (副热带) 对流层顶; 水汽主要集中在距地6500 m以下对流层, 0℃层在距地3000～4000 m高度波动, 逆湿层高度在0℃层左右摆动; 在距地5000 m以上的对流层基本被西北风或偏西风统治, 在距地9000～13000 m左右的对流层高层, 存在一个风速为25～50 m/s的西北风或偏西风极大值; 敦煌夏末存在特厚边界层, 对流边界层高度可达4200 m, 稳定边界层高度可达1300 m。     

1979-2008年华北地区对流层顶高度变化特征

利用1979-2008年华北地区12个测站逐日对流层顶探空资料,运用统计学方法对该地区不同类别对流层顶发生及其高度的季节特征进行探讨,并采用线性趋势、小波分析和EOF分解等方法对其高度变化等气候特征进行分析,揭示了该地区对流层顶的季节特征及其高度变化的基本事实和规律.结果表明:华北地区第一对流层顶冬季出现多,夏季少,近...     

GRAPES_GFS 2.0模式系统误差评估

通过选取2014年1月、4月、7月、10月的GRAPES_GFS 2.0预报产品和NCEP FNL分析资料进行对比分析,发现GRAPES_GFS 2.0的系统误差具有以下特性:位势高度场误差的空间分布具有纬向条带状或波列状特征,误差大值集中在中高纬度地区,低纬度地区误差较小。误差在南北半球各自的冬季最大、夏季最小,并呈现明显的季节变化特征。误差随预报时效的增速略低于线性增速且不同预报时效下误差随高度变化的曲线趋势相似。温度场误差的空间分布相对均匀,误差大值位于30°S~30°N附近地区。纬向风场误差没有十分明显的分布规律,与纬度变化、海陆分布和地形的关系均不密切,西风误差和东风误差交替出现。结果表明:模式对冬季中高纬度地区和边界层及对流层顶的模拟技巧尚需提高。明确GRAPES_GFS 2.0的系统误差分布特性,有助于有针对性地进行模式订正,改善误差大值区域的模式预报方法。     

从涡度、位涡、到平流层干侵入——位涡问题的缘起、应用及其歧途

由于从等熵位涡分析引申出来的平流层干侵入（以下简称干侵入）概念造成了当前天气预报思路中一些混乱和违背天气学常识的看法,文中回顾了天气预报原理从着眼气压变化到着眼涡度变化的发展历史和位涡问题的缘起。进而根据位涡的定义、数学表达式、物理意义,并结合实例的计算结果指出,位涡的大小主要取决于位温的垂直梯度;等熵面上的位涡分布形势实质是对流层顶高度的分布,因此可以间接反映极地气团、锋、高空槽和高空急流的形势。轨迹计算和数值预报都证明,低空的高位涡异常是地面气旋强烈加深和潜热反馈的结果,而不是干侵入的结果。指出位涡的守恒性不能替代斜压扰动发展的动力学机理;干侵入的错误概念来源于对位涡守恒性的绝对化和简单的推断,并犯了流体力学原理上混淆流线和轨迹两个不同概念的错误。