青藏高原地区上对流层—下平流层区域水汽分布和变化特征

利用2005-2008年青藏高原(下称高原)地区微波临边探测器MLS(Microwave Limb Sounder)、高光谱分辨率大气红外探测仪AIRS(Atmosphere Infrared Sounder)、ECMWF的ERA-Interim资料,以及NCEP/NCAR再分析数据和NOAA HYSPLIT(Hybrid Single-Particle Lagrangian Integrated Trajectory Model)轨迹模式资料,讨论了高原上空对流层顶附近的水汽分布和变化特征及高原上空平流层与对流层之间的物质交换。结果表明,3-4月高原南侧对流层顶附近100 hPa存在一个水汽低值带,而7-8月和9-10月此处存在一个明显的水汽高值区。3-4月夏季风未发展之前,受高原大地形抬升和西风气流的影响,高原以南地区存在对流层与平流层的物质交换,而215 hPa的高原中部地区(80°E-90°E)则由于空气的下沉运动将上层的干空气向下输送而出现一个水汽低值中心。7-8月,受印度夏季风和高原上空反气旋式环流的影响,高原上空有明显的水汽穿过对流层顶向平流层输送,反气旋环流中心的水汽经过2~4天的上升过程可以从对流层进入平流层。高原及其以东、以西地区的水汽在对流层顶附近的季节变化基本一致,100 hPa三个不同区域的水汽在3月达到最低。     

对流层气溶胶的直接气候效应对平流层的影响

通过WACCM-3模式中气溶胶光学厚度与卫星资料的对比发现,模式可以很好地再现全球气溶胶的主要分布特征,但在一些区域还存在数值上的差异。利用数值试验研究对流层气溶胶的直接气候效应对平流层气候的影响,结果表明:对流层气溶胶对平流层气候有明显影响,平流层化学过程在这一影响中起重要作用,而对流层气溶胶对平流层辐射的影响不是其直接气候效应对平流层影响的主要原因。其机制可能是对流层气溶胶改变对流层的辐射平衡,影响对流层的温度和大气环流,进而影响行星波的上传,使得平流层气候发生变化;影响区域主要位于高纬度和极地地区,南半球的变化比北半球大,温度变化最大达10 K,纬向风变化最大可达12 m/s,臭氧体积分数最多减少0.8×10-6。     

Quantifying the Response Strength of the Southern Stratospheric Polar Vortex to Indian Ocean Warming in Austral Summer简

A previous multiple-AGCM study suggested that Indian Ocean Warming （IOW） tends to warm and weaken the southern polar vortex.Such an impact is robust because of a qualitative consistency among the five AGCMs used.However,a significant difference exists in the modeled strengths,particularly in the stratosphere,with those in three of the AGCMs （CCM3,CAM3,and GFS） being four to five times as strong as those in the two other models （GFDL AM2,ECHAM5）.As to which case reflects reality is an important issue not only for quantifying the role of tropical ocean warming in the recent modest recovery of the ozone hole over the Antarctic,but also for projecting its future trend.This issue is addressed in the present study through comparing the models＇ climatological mean states and intrinsic variability,particularly those influencing tropospheric signals to propagate upward and reach the stratosphere.The results suggest that differences in intrinsic variability of model atmospheres provide implications for the difference.Based on a comparison with observations,it is speculated that the impact in the real world may be closer to the modest one simulated by GFDL AM2 and ECHAM5,rather than the strong one simulated by the three other models （CCM3,CAM3 and GFS）.In particular,IOW during the past 50 years may have dynamically induced a 1.0℃ warming in the polar lower stratosphere （～100 hPa）,which canceled a fraction of radiative cooling due to ozone depletion.     

Effects of meridional sea surface temperature changes on stratospheric temperature and circulation

Using a state-of-the-art chemistry-climate model,we analyzed the atmospheric responses to increases in sea surface temperature （SST）.The results showed that increases in SST and the SST meridional gradient could intensify the subtropical westerly jets and significantly weaken the northern polar vortex.In the model runs,global uniform SST increases produced a more significant impact on the southern stratosphere than the northern stratosphere,while SST gradient increases produced a more significant impact on the northern stratosphere.The asymmetric responses of the northern and southern polar stratosphere to SST meridional gradient changes were found to be mainly due to different wave properties and transmissions in the northern and southern atmosphere.Although SST increases may give rise to stronger waves,the results showed that the effect of SST increases on the vertical propagation of tropospheric waves into the stratosphere will vary with height and latitude and be sensitive to SST meridional gradient changes.Both uniform and non-uniform SST increases accelerated the large-scale Brewer-Dobson circulation （BDC）,but the gradient increases of SST between 60°S and 60°N resulted in younger mean age-of-air in the stratosphere and a larger increase in tropical upwelling,with a much higher tropopause than from a global uniform 1.0 K SST increase.     

不同季节内剩余环流时空结构转换及其演变特征的研究

利用ERA-Interim资料,采用改进的变形欧拉平均方法对1979—2011年剩余环流季节内时空结构转换及其演变特征进行了分析。结果表明:(1)150 hPa附近4—8月剩余环流上升中心发生了整体向北移动的趋势,而9月至次年2月则表现为整体向南的移动,并且6—8月和9—11月的移动较为明显,分别向北和向南移动了3.168°和2.277°。(2)对流层内的剩余质量输送显著增强,但是热带环流上升区以及穿越对流层顶进入平流层的输送存在着减弱的趋势。(3)两半球高纬度100 hPa附近从最低平流层向下输送的质量通量以及热带对流层顶附近向上输送的质量通量在各季节年代际变化中基本都是减弱的,仅在6—8月和9—11月北半球向下质量通量出现了增强。     

北半球平流层臭氧的时空分布特征

利用1963－1985年北半球的平流层臭氧观测资料，采用自然平交分解方法，初步分析了北半球、特别是东亚地区大气臭氧层的时空分布特征。结果表明：（1）北半球大气臭氧的空分间分布可能与下垫面的性能有关；（2）东亚地区大气臭氧的时间分布主要具有2年和11年变化的周期特征，这与太阳黑子的准2年和准11年变化有一定的对应关系；（3）北美地区的臭氧变化则主要包含4年和7年的周期变经成分。     

平流层准零风层的研究进展

平流层下部20 km高度附近的大气层在特定季节存在下层西风（东风）折转为上层东风（西风）,且南北风分量很小的自然现象,这种纬向风的转换层称为平流层准零风层。平流层准零风层的低风速和风向变化的特点使其成为部署平流层飞艇和高空气球等弱动力或无动力临近空间飞行器的理想环境。针对国内外平流层准零风层的研究成果,归纳总结了平流层准零风层在北半球、中国及重点区域随时间变化的特征;系统分析了热成风原理、平流层准两年振荡、平流层爆发性增温、行星波涡动通量输送、南亚高压和副热带西风急流等因素对平流层准零风层形成的影响机理和特征;对比分析了MST雷达、激光雷达、探空火箭及高空气球等探测方法在平流层准零风层探测中的优缺点和部分探测事实;归纳总结了中层大气模式和数值天气模式在平流层准零风层预报中的优缺点,明确利用数值天气模式是当前开展平流层准零风层预报与气象保障的主要途径,平流层准零风层底高、厚度等诊断方案是定量化研究平流层准零风层精细结构及演变的基础;总结了基于平流层准零风层利用的飞行器工作原理;最后对未来科学研究的重点方向进行了展望。开展平流层准零风层研究进展回顾,对今后深入研究平流层准零风层以及平流层低...     

武汉市2018年4—9月臭氧及其前体物非线性关系研究

近年来武汉市臭氧污染日益严峻,成为影响空气质量达标的瓶颈,弄清臭氧及其前体物非线性关系是臭氧防控的关键和基础.本研究基于武汉中心城区2018年4—9月臭氧及其前体物在线观测数据,分析出武汉市臭氧浓度受前体物和气象条件等因素的共同影响,呈较为明显的季节变化和日变化特征.观测期间武汉市大气挥发性有机物（VOCs）平均体积分数为32.5×10^-9,烷烃是武汉市VOCs的主要组分,其次是含氧VOCs （OVOCs）和卤代烃.利用基于观测的模型定量分析臭氧与前体物之间的关系,发现削减VOCs会引起臭氧生成潜势的显著下降,而削减氮氧化物则会使臭氧生成潜势升高,说明武汉市臭氧生成处于VOCs控制区.在人为源VOCs中,间/对二甲苯和邻二甲苯的相对增量反应活性（RIR）最高,是影响臭氧生成的关键组分.     

副热带东亚季风区一次穿透性对流过程影响下平流层成分变化的个例分析

穿透性对流是导致北半球夏季平流层低层南亚高压内水汽极值形成的重要机制之一,关于副热带东亚季风区穿透性对流是否对平流层低层水汽等物质分布存在影响目前尚不清楚。本文选取2016年的武汉暴雨事件,采用Cloudsat和Aura Microwave Limb Sounder（MLS）卫星数据,分析了东亚季风区的穿透性对流活动对上对流层/下平流层物质分布的影响。利用CloudSat卫星资料云分类产品和Aura MLS卫星数据联合分析武汉暴雨过程中捕捉到1次穿透性对流事件,该事件发生于2016年7月4日05时（协调世界时）的穿透性对流,中心位于海上梅雨带区域。分析表明,这次对流穿透事件对上对流层/下平流层物质分布有显著影响,穿透性对流活动影响到对流层顶以上的物质分布,具体表现是:首先,穿透性对流显著减少了局地对流层顶附近的臭氧含量,较之气候态对流层顶臭氧含量偏少32.53%;其次,穿透性对流能够增加局地对流层顶附近的水汽混合比含量,它通过更多的云冰粒子蒸发来增强局地平流层水汽含量,同时通过更强的垂直水汽输送来直接加湿平流层。此次穿透性对流事件对水汽变化影响较之对臭氧含量变化的影响更为显著,它使得对流层顶水汽混合比增加近乎一倍（98.15%）。因此,副热带东亚季风区的穿透性对流活动对于对流层向平流层的物质输送起着重要的作用。     

2014-2017年揭阳市空气污染变化特征及与风速关系

基于2014-2017年的揭阳市4个环境监测站(东兴、西马、新兴和渔湖)的空气污染物(SO2、NO2、O3、PM10)数据和逐日平均风速资料,利用区域空气质量指数(RAQI)对揭阳市的空气污染特征及与风速的关系进行分析,结果表明:揭阳市的RAQI呈现逐年下降趋势,同时RAQI表现出明显的季节变化,在冬半年揭阳市的RAQI较大,空气污染较为严重,在夏半年的RAQI较小,空气质量较好;此外,揭阳市的RAQI主要是由于臭氧影响,其对于空气质量的贡献约有40%,PM10的影响次之,SO2的影响最小;揭阳市的空气质量与风速呈现为显著的负相关关系,当风速越强,空气质量越好,反之亦然。当风速强度约为0.19~0.29 m/s时,揭阳市容易出现空气污染情况,当风速>1.84 m/s时,无污染出现。