热带对流层顶温度异常与低平流层水汽异常“不匹配”个例的分析

利用UARS卫星卤素掩星试验(HALOE)的观测资料结合同时期的ERA-Interim再分析资料分析了1994—2005年热带对流层顶温度异常与低平流层水汽异常的关系。结果表明,1994—2005年期间大部分年份都是热带对流层顶温度异常偏高(偏低)对应平流层水汽异常增加(减小)的温度-水汽的"匹配"现象,但是在1996年则出现了温度-水汽的"不匹配"现象。对比同年中所出现的"不匹配"月份与"匹配"月份,"不匹配"月份的对流活动发生频率低于"匹配"月份,对流活动月平均强度弱于后者,但"不匹配"月份的对流活动瞬时强度较大,在四个时段内发生了强而深厚的深对流活动,地面气旋活动与海温升高则是造成这四个时段发生强深对流活动的主要因素。在较强上升气流的作用下,水汽能够从对流层低层直接传输至低平流层,使平流层水汽增加。另一方面,较强的深对流活动抬升对流层顶,使对流层顶温度降低。因而,短时强烈的深对流活动是造成1996年温度-水汽"不匹配"的关键因素。此外,"不匹配"月份期间BD环流的异常增强使得低平流层的水汽更进一步增加,加剧了温度-水汽的"不匹配"现象。     

中国北方春季沙尘暴频次的多要素线性拟合

利用1953-2005年地面风速及地温(5 cm和40 cm深处)等18个气象要素的春季标准化资料对我国北方97个测站的标准化春季沙尘暴频次进行了线性拟合,结果表明:无论对单要素拟合还是对多要素拟合,要素与沙尘暴频次间的(平均)相关程度决定着其对后者的拟合效果,相关程度越高,拟合效果越好。若与实际级别相同的拟合沙尘暴频次视为准确,则全区约有33%的测站,其拟合准确率≥50%;53年间约有39.6%的年份,其拟合的准确范围≥50%;对所有年份和所有测站而言,约45.6%的沙尘暴频次能够被准确地拟合,拟合的沙尘暴频次略低于实际频次。根据线性拟合方程中各要素前的系数可断定,18个要素中风速和蒸发量是沙尘暴的正影响因子,而水汽压、相对湿度和最低气温等则是沙尘暴的负影响因子,其他一些因子对沙尘暴的影响方式具有明显的区域性差异。     

Impact of increasing stratospheric water vapor on ozone depletion and temperature change

Using a detailed, fully coupled chemistry climate model (CCM), the effect of increasing stratospheric H_{2O on ozone and temperature is investigated. Different CCM time-slice runs have been performed to investigate the chemical and radiative impacts of an assumed 2 ppmv increase in H2O. The chemical effects of this H2O increase lead to an overall decrease of the total column ozone (TCO) by ～1% in the tropics and by a maximum of 12% at southern high latitudes. At northern high latitudes, the TCO is increased by only up to 5% due to stronger transport in the Arctic. A 2-ppmv H2O increase in the model's radiation scheme causes a cooling of the tropical stratosphere of no more than 2 K, but a cooling of more than 4 K at high latitudes. Consequently, the TCO is increased by about 2%--6%. Increasing stratospheric H2O, therefore, cools the stratosphere both directly and indirectly, except in the polar regions where the temperature responds differently due to feedbacks between ozone and H2O changes. The combined chemical and radiative effects of increasing H2O may give rise to more cooling in the tropics and middle latitudes but less cooling in the polar stratosphere. The combined effects of H2O increases on ozone tend to offset each other, except in the Arctic stratosphere where both the radiative and chemical impacts give rise to increased ozone. The chemical and radiative effects of increasing H2O cause dynamical responses in the stratosphere with an evident hemispheric asymmetry. In terms of ozone recovery, increasing the stratospheric H2O is likely to accelerate the recovery in the northern high latitudes and delay it in the southern high latitudes. The modeled ozone recovery is more significant between 2000--2050 than between 2050--2100, driven mainly by the larger relative change in chlorine in the earlier period.}     

梅雨发生前对流层顶及平流层异常信号的分析

利用NCEP和欧洲中心的ERA-Interim再分析资料结合中国国家气候中心的20a梅雨观测资料,分析了梅雨发生前江淮地区对流层顶和位涡的异常以及北半球环状模指数的变化。研究表明,江淮地区在梅雨开始前3—5天会出现对流层顶的下降,且高度的经向变化比纬向变化更为明显。对流层顶的降低与北方冷空气的南下入侵、东亚季风的爆发以及急流轴北跳引起的频繁的对流层顶折卷过程有关。对流层顶的下降伴随着来自平流层的高位涡冷空气的入侵。而梅雨发生前江淮地区上空对应正位涡异常,这一异常的建立和维持与贝加尔湖、西西伯利亚、鄂霍次克海附近的正位涡异常有关;而梅雨发生前江淮地区平流层温度达到极大值,梅雨爆发后开始下降,纬向风则处于西风到东风的转换期。梅雨期的总降水量与对流层上部平流层下部的北半球环状模指数存在一致的正相关关系,而在梅雨发生前15—30天,这种相关性尤为显著。这一结果说明,在对流层顶附近的北半球环状模指数对梅雨期降水量的预测有较好的指示意义。     

平流层大气过程研究的前沿与重要性

当前全球气候变化,重大灾害性天气气候事件的预警预测,以臭氧洞出现和臭氧层变化引起的全球环境变化监测预测,以及对临近空间的开发利用已经引起大气科学界对处于对流层大气以上的平流层大气过程的重要关注。扼要介绍了当前这方面的研究前沿和重要应用领域,最后提出我国加强平流层大气过程研究的建议。     

平流层大气环流的典型系统及变化特征综述

随着大气探测技术以及计算机性能的不断提高,近年来平流层探测数据日渐丰富,中层大气模式也得到了快速发展,平流层中一些重要的物理、化学以及动力过程得以深入研究,对平流层大气环流的认识也进一步加深。本文分析了平流层准2 a振荡（Quasi-Biennial Oscillation,QBO）、平流层残余（Brewer-Dobson,BD）环流和平流层极地环流等主要的平流层大气环流系统和信号的气候态特征、形成机制、年际变率以及长期趋势等,阐述了它们的主要影响因子和过程,讨论并展望了与平流层环流有关的一些主要科学问题。     

青藏高原沙尘示踪物从对流层向平流层传输的数值模拟北大核心CSCD

利用NCEP再分析资料和卫星观测资料,结合耦合了沙尘模块的中尺度模式WRF,通过个例分析研究了青藏高原及附近地区沙尘气溶胶从近地面向对流层上部和平流层下部传输的特征和机制以及青藏高原大地形对平流层与对流层之间物质交换的影响。结果表明,深对流活动可将近地面沙尘气溶胶传输到上对流层—下平流层区域,但是下平流层区域的沙尘气溶胶浓度分布依赖于地面沙尘源的位置和对流的强度,且与对流系统内是否有降水有关。在没有穿透性对流情况下,垂直上升运动不能直接将沙尘输送到下平流层,但上对流层的沙尘可通过扩散作用和小尺度的混合过程经过数小时缓慢地进入下平流层。在没有明显系统性降水的情况下,夏季青藏高原上空旺盛的对流活动和高地形使得高原上空成为气溶胶进入下平流层的主要区域。上对流层区域的沙尘气溶胶浓度还受到平流层空气入侵的影响,在没有强的地面沙尘排放源的情况下,平流层空气的入侵对上对流层区域气溶胶浓度的分布和演变有较大的影响。     

西南地区不同地形台阶气温时空变化特征

利用西南地区135个站1961—2005年的年、月气温资料,按海拔高差及地形气候特征划分成不同的三级地形台阶及4个分区,分析了不同分区的气温时空变化特征。结果表明：西南地区大部年平均气温表现出明显的增温趋势,上升趋势最显著的地区在西藏高原等高海拔地区,而在四川的东北部及云南北部存在降温中心。各分区四季的增温速率排序与全国平均情况有所不同,依次为冬季、秋季、夏季或春季,且均表现出冬季增温趋势明显大于其他季节的特性。各分区年平均气温20世纪60年代至80年代中期基本表现为明显的下降趋势或无明显的增减趋势,但自1997年以来,均表现出显著的增温趋势。突变检测的结果也表明,各分区年平均气温突变的区域或突变点大部分发生在90年代后期以后,且高海拔地区增温突变启动时间早于其他低海拔地区。     

中层大气模式的应用及发展前景

随着空间探测技术和计算机能力的不断提高,近年来中层大气模式得到了快速的发展。简要概述了中层大气模式的现状及其发展中存在的问题和挑战,同时也阐述了中层大气模式在近年来研究中的一些主要应用和未来的发展前景。目前,完备的基于大气环流模式的中层大气模式大多只包括了对流层和平流层大气,少量的模式可达到中间层和热层大气。这些现有的中层大气模式对平流层的化学过程和一些动力过程都具有了一定的模拟能力,如能较好地模拟出南极臭氧空洞及其时间演变以及热带平流层大气中的准两年和准半年振荡信号。但是不同模式模拟结果之间的差异仍然是显著的,现有的中层大气模式还需要进一步的发展和完善。改进模式的辐射传输方案和重力波参数化方案,实现大气化学过程、动力过程和微物理过程的充分耦合,改善平流层以上的大气化学过程和物理过程在模式中的描述是目前正在进行的工作。中层大气模式目前已开始被广泛应用于大气科学研究的各个方面,进一步发展和完善中层大气模式不仅对天气、气候预报具有重要的意义,对空间科学的研究来讲也是需要的。     

A CASE STUDY OF THE UNCORRELATED RELATIONSHIP BETWEEN TROPICAL TROPOPAUSE TEMPERATURE ANOMALIES AND STRATOSPHERIC WATER VAPOR ANOMALIES

Using the measurements from the Halogen Occultation Experiment(HALOE) and the European Centre for Medium-Range Weather Forecasts(ECMWF) Interim reanalysis data for the period 1994-2005, we analyzed the relationship between tropical tropopause temperature anomalies and stratospheric water vapor anomalies. It is found that tropical tropopause temperature is correlated with stratospheric water vapor, i.e., an anomalously high(low) tropical tropopause temperature corresponds to anomalously high(low) stratospheric water vapor during the period 1994-2005,except for 1996. The occurrence frequency and strength of deep convective activity during the‘mismatched'months is less and weaker than that during the‘matched'months in 1996. However, the instantaneous intensity of four short periods of deep convective activity, caused by strong surface cyclones and high sea surface temperatures, are greater during the ‘mismatched'months than during the ‘matched'months. Water vapor is transported from the lower troposphere to the lower stratosphere through a strong tropical upwelling, leading to an increase in stratospheric water vapor. On the other hand, deep convective activity can lift the tropopause and cool its temperature. In short, the key factor responsible for the poor correlation between tropical tropopause temperature and stratospheric water vapor in1996 is the instantaneous strong deep convective activity. In addition, an anomalously strong Brewer-Dobson circulation brings more water vapor into the stratosphere during the‘mismatched'months in 1996, and this exacerbates the poor correlation between tropical tropopause temperature and stratospheric water vapor.