基于MUAM模拟的20世纪末12月平流层十年际变化

利用中高层大气模式（MUAM）研究20世纪末12月平流层气候态的十年际变化,基于一组敏感性试验评估下边界条件、二氧化碳及臭氧浓度变化对平流层温度变化的分别影响,着重探讨了南北极局部增暖的机制差异。结果表明,相较于20世纪80年代,90年代12月北极中上平流层西风减速,中低层增温,这主要与下边界条件变化导致行星1波的上传显著增强（2波削弱）有关。同一时期,南极平流层低层西风加速温度降低,中上层东风减速温度升高,这主要与南极低平流层显著的臭氧损耗有关;下边界条件变化和中层局地的臭氧增加也有一定的贡献,但低层臭氧损耗所诱导的极涡加速使得波传播环境或条件有利于1～2波上传增强（1波主导）至更高高度可能是最终导致中上层增暖的主要原因。     

夏季南亚高压与邻近上对流层下平流层区水汽变化的联系

利用1979-2015年ERA-interim月平均再分析资料,分析了夏季南亚高压（SAH）与邻近上对流层下平流层（UTLS）区水汽空间分布特征,讨论了二者的相关关系和因果联系。结果表明:（1）在对流层上层,水汽大值区位于南亚高压的东南侧,并随高度升高向西北倾斜到100 hPa,水汽大值中心基本位于南亚高压中心附近。（2）南亚高压偏强（弱）时,南亚高压东部UTLS区水汽显著偏多（少）,而南亚高压西北部水汽异常不显著。（3）南亚高压偏强（弱）时南亚高压中部UTLS区水汽偏多（少）可能与南亚高压对水汽的抽吸和对水汽输送屏障有关。（4）而南亚高压东南侧UTLS区水汽偏多（少）时南亚高压偏强（弱）可能与深对流输送的水汽潜热释放有关。      

北半球平流层极涡崩溃早晚的环流特征及其对5月南亚降水的影响

本文采用1979—2014年NCEP/NCAR月平均再分析资料、CMAP和GPCP月平均降水资料,分析了北半球平流层极涡崩溃早晚的环流特征及其与南亚降水的关系。结果表明,北半球平流层极涡崩溃时间存在明显的年际变化特征。极涡崩溃偏早(偏晚)年,自3月开始异常信号从平流层向下传播,之后的4月,从平流层到对流层高层极区温度异常偏高(偏低),极涡异常偏弱(偏强),极夜急流异常偏弱(偏强)。结果还表明,5月南亚降水异常与平流层极涡崩溃时间的早晚存在显著相关,5月南亚降水异常与平流层极涡崩溃早晚年平流层异常信号的下传有关。当平流层极涡崩溃偏晚年,4月平流层极区表现为位势高度异常偏低,而中纬度则位势高度场异常偏高,并伴随位势高度异常场的向下传播,5月该位势高度异常场下传至阿拉伯海北部大陆上空对流层顶,形成有利于降水的环流场,导致南亚降水偏多。反之,则相反。     

亚洲夏季平流层-对流层水汽交换年际变化与亚洲夏季风的联系

亚洲地区是物质由对流层向平流层输送的主要通道,在平流层-对流层交换中扮演着积极的角色. 本文主要利用卫星资料和欧洲中心ERA40再分析资料,借助Wei诊断模式研究亚洲地区夏季上对流层-下平流层(UTLS)水汽分布和平流层-对流层水汽交换特征,重点着眼于水汽交换的年际变化,并探讨其与亚洲夏季风的联系. 结果表明,季风区UTLS水汽较赤道地区偏多,且通过磁带记录信号的传播,可穿越对流层顶影响下平流层水汽的多寡. 夏季平流层-对流层水汽交换表现出明显的年际特征,其年际变化与亚洲季风强弱变化有密切联系,尤其与南亚夏季风的关系更为显著. 在亚洲夏季风影响下,亚洲地区出现异常的大气环流和垂直运动,从而影响平流层-对流层之间水汽的交换. 这些结果对认识其它大气成分的输送过程也具有重要的指示意义.     

台北高空气象要素年变化特征分析

本文利用1991－1995年台北高空气候资料年报表分析了该地区平流层下部的高度、温度和风的年变化特征，另外还分析了台北站对流层顶的高度、温度和风等气象要素，指出台北高空对流层顶的高度变化呈双峰双谷型，温度与之有反相关关系；台北平流层下部的高度变化则为一峰一谷型。     

近30年我国高空风速变化趋势分析

1980-2006年间采用全国119个探空站14个等压面的月平均风速资料,分析了我国高空对流层和平流层下层风速变化的时间和空间特征,并和同期地面风速变化进行了对比.结果表明,我国近27年对流层中下层和对流层上层风速呈下降趋势,年平均风速线性变化速率分别为-0.10 m·s-1·(10a)-1和-0.17 m·s-1·(10a)-1,均未通过0.05显著性水平检验;平流层下层全国年平均风速呈上升趋势,上升速率为0.24 m·s-1·(10a)-1,亦未通过O.05显著性水平检验.同期全国地面风速则呈现更显著的降低趋势,年平均风速线性变化速率为-0.16 m·s-1·(10a)-1,通过了0.05显著性水平检验.我国地面气象站记录的平均风速减弱可能受到大尺度大气环流变化的影响,更可能与台站附近观测环境变化和城市化等人为因素影响有密切关系.     

臭氧卫星遥感六十年进展

臭氧已成为中国继PM_2.5之后多地的首要污染物,臭氧污染防治是中国“十四五”及未来大气污染防治的重点。本文回顾了近60年来国内外臭氧卫星观测方面的主要进展,包括卫星探测载荷和臭氧相关的反演应用技术等,分为3个阶段总结了卫星载荷天底、临边和掩星3种探测方式的发展历程。臭氧卫星遥感反演算法和监测应用也随着载荷的发展在不断更新,本文重点介绍了臭氧柱总量和垂直廓线卫星遥感反演算法、近地面臭氧及其前体物观测、平流层臭氧入侵观测和区域传输、臭氧卫星观测数据的精度验证等方面的重要进展。对比国际臭氧卫星遥感监测,中国臭氧监测卫星发展滞后,虽然国家民用空间基础设施规划中陆续发射的高光谱观测卫星、大气环境监测卫星具有初步的臭氧监测能力,但在卫星载荷在功能、性能等方面还有不小差距,比如空间分辨率、信噪比等方面。在算法反演和监测应用方面,目前臭氧柱总量反演精度较高,还存在对流层中低层和近地面臭氧浓度反演精度不够,臭氧污染评估及成因分析不足,如近地面臭氧污染迁移转化过程、平流层臭氧侵入识别分析等问题,是下一步要重点关注的方向。     

近30年北半球冬季臭氧总量分布特征及其与平流层温度的关系

臭氧的时空分布特征对气候和环境变化具有显著影响,随着臭氧资料数量的增加和质量的提高,有必要对臭氧时空分布特征及其与气候变化的关系进行详细研究.本文利用欧洲中期天气预报中心提供的1979—2013年的全球月平均臭氧总量资料、平流层温度场资料,采用旋转经验正交函数分解(REOF)、Morlet小波分析、合成分析等方法研究了20°N以北的北半球冬季(12—2月)臭氧总量异常的主要空间分布结构与时间演变特征,并进一步分析了主要模态与平流层上层(2hPa)、中层(30hPa)以及下层(100hPa)温度异常的关系.结果表明:近30年北半球冬季臭氧总量异常变化最显著的区域主要有5个,分别位于极地地区(75°N—90°N,0°—360°)、北半球副热带地区(20°N—40°N,0°—360°)、阿拉斯加地区(60°N—75°N,180°—260°E)、北大西洋地区(45°N—60°N,310°E—360°E)及西伯利亚地区(50°N—65°N,80°E—130°E).5个区域的冬季臭氧总量异常具有明显的年际和年代际变化特征.1980年代后期是各个区域的臭氧总量异常由年代际偏多转为偏少的转换时段.此外,各区域存在显著的年际变化周期,而且各个区域的年际周期存在明显的差异.臭氧总量异常变化与平流层温度异常变化的关系表明,臭氧总量异常的增加(减少)能够导致平流层上层温度异常偏冷(暖)和平流层中、下层温度异常偏暖(冷),其中平流层中层温度异常的偏暖(冷)程度要比下层更加明显.     

北半球春季平流层最后增温过程及其年际和年代际变化特征

利用1979～2010年NCEP-DOE 2逐日再分析资料,以北半球春季平流层极夜急流核心纬带(65°～75°N)纬向平均纬向风最后一次转为东风的日期定义为春季平流层最后增温事件(SFW)的爆发日期,研究发现,SFW事件平均在4月中下旬发生,且由平流层高层向低层依次滞后,10 hPa的SFW爆发平均超前50 hPa约13天;爆发当日伴随纬向风场时间变率和行星波辐合的最大值,平流层环流实现由冬向夏的季节转换;过去32年以来SFW的爆发早晚具有显著的年际变化,最早的SFW事件发生在3月中旬,最晚的SFW事件在5月下旬才出现.合成分析表明,SFW爆发偏早(晚)年的春季,纬向风场由西风向东风的转变更为快速(缓慢),爆发前5天至爆发后5天,30 hPa纬向风减小约20 m s-1(5 m s-1),伴随的平流层行星波活动也相对较强(弱);表现在环流异常场上,SFW爆发前后平流层极区环流异常呈反(同)位相分布,表明发生较早的SFW事件主要受波强迫驱动而伴随爆发性增温,而发生较晚的SFW事件则更反映了极涡的季节变化特征.无论SFW偏早还是偏晚年,爆发后极区平流层与对流层温度异常之间均呈反位相关系,反映了SFW爆发事件中的平流层-对流层动力耦合特征.另外,在20世纪90年代中期前后,SFW爆发日期还存在明显的年代际转折,90年代中期之前SFW平均发生日期较之后约偏早11天;与之相联系的是冬末、春初行星波活动在90年代中期之前偏强,而在90年代中期之后有偏弱趋势.     

东亚一次典型切断低压引起的平流层空气深入侵过程的分析

利用ERA-Interim再分析资料、卫星资料以及轨迹模式,对2010年6月19-23日东亚夏季一次典型切断低压（COL）过程中的动力、热力及化学结构进行了分析,并详细分析了平流层空气深入侵过程和路径.AIRS臭氧资料与臭氧探空资料分析表明,在COL发展成熟阶段,由极区高位势涡度、高臭氧库区脱离出来的空气在COL的中心形成一个局地高位势涡度与高臭氧浓度区域,并在对流层中上部出现臭氧次峰结构.前向轨迹模式模拟结果表明：COL形成前期,高空槽加深,槽后偏北风急流可以引起极区下平流层空气向中纬度对流层中低层侵入,从而使对流层中低层臭氧浓度升高;COL发展成熟阶段,可以引起平流层空气的＂旋转式＂入侵.最后,应用后向轨迹模式对成熟阶段COL内部及周围空气块源地做进一步模拟分析.结果表明：（1）COL中心高浓度臭氧空气块源地有两个,一是中西伯利亚北部上空的副极地涡旋,这部分气块对COL中心的高臭氧浓度起主要作用;二是90°E以西,50°N附近的温带急流轴左侧的气旋式风速切变区.（2）COL周围低臭氧浓度的气块源地也有两个,一是COL底部臭氧浓度相对较低的空气块主要来自急流轴右侧反气旋式风速切变区,以平流运动为主;二是COL前部及后部的空气块主要来自COL南侧低层暖区,以上升运动为主.