南极臭氧洞的影响因子和变化趋势

利用卫星和台站观测的南极臭氧资料和NCEP/NCAR再分析资料,分析了南极臭氧近年来的变化特征和影响因子,探讨了南极臭氧洞期间中山站臭氧突变过程与大气动力的作用。结果显示,平流层氯和溴的卤化物当量（EESC）和平流层温度是影响南极臭氧洞面积的关键因子。臭氧总量与EESC和平流层温度均具有显著相关,表明两站虽然都位于臭氧洞边缘,EESC和平流层温度对臭氧总量的变化仍然可以起决定性的作用,同时也验证了EESC参数在东南极大陆沿岸具有适用性。 EESC的年代际变化与臭氧变化趋势相似,臭氧的年际变化与平流层温度关系密切。回归结果表明,2010年后臭氧洞面积逐渐减小,在2070年左右可能恢复到1980年前的水平,但其结果存在很大的不确定性。     

北极臭氧洞

正2020年由于北极地区大气环流异常,春季平流层极涡中温度持续偏低,平流层冰晶云面积也创新高,臭氧的化学损耗更大,低值低于220220 DU,故而首次出现了臭氧洞。在目前大气环境被污染的情况下,南极臭氧洞的变化和北极臭氧洞是否出现等,取决于南北两极春季平流层极涡及其低温状态的变化。2020年春季,首个北极臭氧洞出现与春季平流层极涡的持续低温有关,是由大气环流等自然因素引起的,并无环境指示意义。     

臭氧和平流层动力学的相互作用

讨论了给定的南极春季臭氧洞(取自1979—1985年臭氧减少的观测结果)对二维平流层—对流层模式中温度和环流的影响。11月份,南极上空约17km处,温度最多可降低6℃。这种温度变化引起的平均经向环流对臭氧洞起填塞作用,不过,这种影响很小,每年仅产生14DU的变化。观测事实表明,近年来10月份,南半球波活动减弱。为此,我们作了南半球波作用全年都减少一半,并考虑了臭氧洞的数值试验。结果表明,臭氧柱在11月份76°S减少了44DU,在赤道却增加了12DU。     

北极平流层的臭氧

南极平流层下部在南半球的春季(9-10月)臭氧含量出现了显著的减少,这一现象(Ogone hole)——臭氧洞在1987年秋季引起了人们的特别关注.由于准两年振荡(QBO)等原因,1988年没有出现太明显     

2008年冬季北京上空上对流层/下平流层臭氧的异常特征

利用国产GPSO3臭氧探空系统观测的大气臭氧探空资料和NCEP再分析资料,结合对天气形势、大气环流背景、高空位涡变化及对流层顶高度扰动的分析,深入研究了2008年冬季北京地区10~14 km高度范围内持续出现的臭氧次峰值及大气臭氧含量异常现象。结果表明:在2008年我国南方雪灾这一特殊时期,引起臭氧垂直分布持续出现次峰值现象及臭氧含量异常的主要原因是平流层空气强烈下沉运动及其与对流层的交换作用,而引起这种下沉运动及平流层-对流层交换则是由于该阶段特殊的天气背景,乌拉尔阻塞高压长时间维持,贝加尔湖到巴尔喀什湖一带横槽稳定存在,里海以东切断低压长期维持,造成冷空气长时间、稳定地南下影响北京上空臭氧的垂直分布。加之副热带急流的出现,北京正处于其入口区左侧,其上空有强烈的辐合下沉运动,有利于平流层空气向下输送。此次臭氧次峰值及臭氧含量异常的现象很好地说明,在冷空气天气过程的影响下,北京地区上空的平流层空气运动及其与对流层的交换十分活跃。     

南极臭氧洞计算机模拟

一维时空光化学模式引进垂直运动及离子反应生成的氮氧(NOx)、氢氧(HOx)化合物。模式中采用1978到1983年期间的太阳紫外辐射通量及南极73度的纬向八月份平均温度。 计算结果表明:春季南极出现臭氧洞,主要是第21太阳黑子周峰值期太阳紫外辐射减少造成的。其次,在太阳黑子周峰值期伴随多次大的太阳质子事件,产生大量氮氧、氢氧化合物。在极区太阳质子事件产生的化合物催化破坏平流层臭氧可持续几天至几年。 南极冬春季节强大的下降垂直运动是南极臭氧洞形成发展极其重要的局部动力条件,特别是在极夜期间。太阳升起后,垂直运动的影响不明显。 南极臭氧洞的形成主要是通过光化变化过程,动力过程是其局部的充要条件,人为活动产生的含氯化合物对低层大气臭氧的直接破坏不可忽视。基于上述论点,可以预期进入第22太阳黑子周期,南极及全球大气臭氧的分布状态将会改变,大自然本身自复。     

南极臭氧的短期气候变化特征

利用1957～1992年南极地区大气臭氧总量地面观测站资料，对南极地区臭氧的时空变化特征进行了研究。结果表明，虽然近35年来南极地区的大气臭氧有较明显的减小趋势，但在不同地区、时段和季节，其变化趋势也不同。近年来南极地区大气臭氧的显著亏损，主要是由南极臭氧洞的形成和发展所造成的。南极地区的大气臭氧存在明显的年振荡、准20个月和准30个月的振荡周期。臭氧变化与天文日照、平流层温度场、平流层冰晶云及人类活动排放到大气中的氟氯烃和溴化烃等污染物质有关。     

全球平流层下部降温及其对纬向风的影响

利用NCEP/NCAR再分析资料,结合HALOE的臭氧和甲烷卫星观测资料,分析100~50 hPa的平流层下部温度变率及其与微量气体和平均纬向风的关系。结果表明,全球平流层下部大气温度自1948年至今总体呈下降趋势,而近十几年,全球平流层下部温度下降更加显著。热带和低纬甲烷的增长可能是其降温的一个重要原因。此外,由于平流层下部温度变率的经向不均匀性,同时还会引起该地区平均纬向风的变化。     

近年来的南极臭氧洞

据ＷＭＯ南极臭氧化报的报导。１９９６年的南极臭氧洞无论从出现时间，最大面积，最低臭氧值，还是从持续时间上来说都与前几年相似，基本上未创新的记录。臭氧洞生成的主要原因，与人类活动产生的里昂和溴化烃等含氯和溴化合物在合适的平流层低温条例上通过光化学反应破坏臭氧有关。     

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。     

热带臭氧含量与准两年周期环流的关系——一些研究结果(节译)

指出热带臭氧含量变化时间序列谐波分析的结果;臭氧含量年际差的时间变率与赤道地区平流层中的准两年周期环流的对比表明:当赤道风带出现明显的两年周期性风向改变时,臭氧的时间变化也有两年周期。赤道风带两年周期破坏时,臭氧含量年际差的变化也随之混乱。     

“无形杀手”从天降——漫谈臭氧层被破坏及其危害

1地球“三级”出现臭氧洞人类赖以生存的地球周围环绕着一层厚厚的大气,它是由水汽、氮、氧、二氧化碳、甲烷、臭氧等多种物质所组成。在离地面10～50km的平流层中有一臭氧层。大气中氧分子被太阳辐射光化分解后,所产生的氧原子与周围氧分子结合,形成臭氧。从10km高度处臭氧含量逐渐增加,至20～50km高度处,臭氧含量达到最大值,再往上其含量逐渐减少,到了50km高度其含量就很微少了。臭氧在整个大气中只占极小的一部分,如果将大气中所有的臭氧集中到地表,仅有2～3mm厚的一层。科学家指出,臭氧层能吸收99％以上的紫外线,使地球上的…     

论平流层近赤道环流准两年振荡与大气参数变化的关系

文章研究了平流层近赤道环流准两年振荡与气象参数球臭氧含量变化关系的特点，指出为确定为赤道平流层中纬向风准两年周期性的位相，不同作用所选用的标准是不同的，做出了平流层各个高度上振幅和位相的估计。     

沿120°E中纬度对流层—平流层下部气候变化及与臭氧变化的联系

利用1958~1995年海拉尔、沈阳、南京三地区地面至30 hPa标准层月平均气温资料,研究了近40年沿120°E、30°~50°N区域气候变率随高度、纬度和季节的分布特征,前、后两个20年气候变率的变动及其与亚欧不同地区臭氧变化的联系。结果指出:近20年来,该区域对流层中下部变暖速率随纬度显著增大,尤其在冬季;200 hPa以上变冷速率亦随高度及纬度显著增大,尤其在冬、春季。而前、后两个20年,高、低层气候变化趋势截然相反,这是一种年代际尺度气候变化。三地区各季节平流层下部变冷率（对流层中下部变暖率）随纬度增高而加大与邻近同纬带地区臭氧减少率随纬度增高而加大的现象基本对应,表明平流层下部因臭氧减少引起的辐射加热减少,可能是支配我国东部平流层下部变冷率（对流层中下部变暖率）随纬度增高而显著加大的一个重要因子。     

平流层剩余环流及其时间演变特征

平流层剩余环流是由剩余速度经向分量和垂直分量构成的平流层经向－垂直环流,它对于对流层－平流层相互作用和物质交换起着十分重要的作用。作者利用1979～2003年NCEP II再分析资料计算了剩余速度经向分量和垂直分量, 并与数值模拟结果进行了比较,再用计算的剩余环流讨论了它的季节变化、年际变化和长期变化趋势。计算结果表明,剩余环流的上升气流从低纬度赤道地区对流层顶上升到平流层下部,然后向极向下运动,在中纬度地区下沉, 进入对流层,这也就是Brewer－Dobson环流。计算结果同数值模拟结果比较一致。由此可见,可以利用NCEP资料得到比较清晰的剩余环流和Brewer－Dobson环流。剩余环流有明显的季节变化,上升气流的中心随着季节的变化在赤道地区南北移动,春秋季节其中心基本上位于赤道附近,南北半球大致呈对称分布,只是北半球副热带地区的下沉气流要比南半球强。在冬夏季节,上升气流的中心分别位于南北纬10°附近。北半球夏季的上升气流要比南半球夏季的上升气流强,同时冬半球的下沉气流比夏半球的下沉气流强。剩余环流还有年际变化和准两年周期振荡特征,在纬向风为西风位相时,赤道地区的上升气流比较弱;而在东风位相时,上升气流和水平方向的输送相对比较强。剩余环流的十年际变化表现为,1979～1983年、1990～1995年、2000～2003年较强,其他年份则较弱。在过去25年,就总的变化趋势而言,剩余环流的上升气流有所增强,平流层下部向中纬度地区的输送也有所增强,环流整体形势是增强的。     

青藏高原臭氧的准两年振荡

通过对臭氧卫星观测资料及大气环流资料的分析,研究了青藏高原上空臭氧的季节和年际变化.通过分析青藏高原地区臭氧准两年振荡(QBO),并与同纬度无山区及赤道地区臭氧QBO进行比较,指出:青藏高原臭氧QBO的平均周期为29个月,平均振幅为8DU.青藏高原臭氧QBO变化位相与热带平流层纬向风场QBO相反,即热带平流层纬向西风时,青藏高原上空臭氧总量偏小,东风时臭氧总量偏大.还讨论了与青藏高原臭氧QBO相关的大气环流物质输送理论.     

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.     

爱护臭氧 保护人类

大气中的臭氧大部分集中在 1 0～ 5 0 km的大气层中 ,其中 2 0～ 3 0 km臭氧含量最高 ,也称为臭氧层。臭氧能强烈吸收太阳紫外线辐射。由于臭氧能把大部分太阳紫外线辐射吸收掉 ,使地球上的生物免受过多紫外线的伤害 ,所以人们把臭氧看作是地球的“保护伞”。自 2 0世纪 70年代中期以来 ,在南极的大气观测中发现 ,其上空 1 0～ 1 0 km处的平流层中下层 ,春季的臭氧含量在逐年减少。 1 985年英国科学家在南极考察时发现 ,臭氧含量降低了 5 0 %左右 ,面积足有美国领土大的“臭氧洞”。伴随着全球臭氧层厚度的下降 ,南极臭氧洞的面积有逐年扩大…     

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。     

平流层爆发性增温过程中臭氧的垂直分布特征

利用ECMWF资料分析了平流层爆发性增温 (SSW) 过程中臭氧体积混合比的垂直分布的变化, 结果表明: 平流层爆发性增温过程中臭氧体积混合比增大, 而其极大值大多数形成在增温盛期。同时臭氧体积混合比的高值区在爆发性增温过程中随高度发生一定的变化, 据此对其变化分为两类: (1) 下传型: 在增温初期臭氧体积混合的高值区随高度下传至一定高度, 在增温盛期形成极大值然后随高度抬升到大致增温前的高度。 (2) 增厚型: 在增温过程中臭氧体积混合比的高值区厚度增加, 同时附近区域的臭氧体积混合比也增大, 而且在增温前臭氧体积混合比高值区在高度上没有多大变化, 增温开始后有所抬升。平流层爆发性增温过程中臭氧高值区随高度变化的这两种类型, 是由于平流层爆发性增温期间剩余环流对臭氧输送的结果。臭氧变化的下传型是由于在爆发性增温前剩余环流存在着中纬度向极地的明显输送, 并且伴随着极地强烈的下沉运动, 这就使得中纬度输送来的臭氧向下输送, 因此出现了臭氧高值区的下传; 而臭氧变化的增厚型是由于在爆发性增温期间剩余环流不但有中纬度向极地的输送, 而且在极地附近5 hPa高度处出现了上下两支输送气流, 向上的输送气流使中纬度输送来的臭氧向上输送, 而向下的输送气流使中纬度输送来的臭氧向下输送, 进而使增温期间极地附近的臭氧的高值区增厚。同时分析还表明: 平流层爆发性增温过程中中纬度臭氧体积混合比减少。