平流层行星波对CH4季节变率的影响

分析了1992-2000年各季节卤素掩星试验(Halogen Oceultation Experiment)HAOLE的CH4混合比资料,并用美国国家大气研究中心(the National Center for Atmospheric Research)NCAR的平流层二维模式(Simulation of Chemistry,Radiation,and Transport of Environmentally important Species)SOCARTES研究了CH4在冬、夏季节变率与平流层行星波对CH4浓度输送之间的关系,结果表明:观测和模拟的CH4混合比季节变化都很明显,而模拟的CH4浓度季节变率比观测值小30%～60%.分析结果还表明,模式中行星波引起的CH4浓度变化主要贡献于30 km以下的季节变率.比较了模拟和观测的行星波对CH4的输送结果,结果显示模式明显低估了行星波的输送,这也是模式中季节变率比观测偏小的一个主要原因.     

行星波对平流层剩余环流的影响

运用欧洲中心ECMWF／ERA-40的资料,分析剩余环流速度v·和W·的变化,从而获得行星波的调整对气候的长期变化的影响。结果表明：赤道气流在低纬度赤道地区由对流层顶上升至平流层中层乃至顶部,而后在中纬度地区下沉,中心位置随季节变化在赤道附近南北移动;剩余环流呈现出准两年的周期变化,剩余速度v·和W·与行星波的振幅三者表现出较好的相关性。另外,行星波波数从1波调整为2波后,平流层低层50hPa以下剩余环流增强,30hPa之上减弱;行星波波数从2波调整为1波后,平流层中层30hPa以下剩余环流减弱,20hPa以上为增强。     

行星波波动对平流层剩余环流的影响

利用ECMWF/ECR-40全球再分析资料,通过计算剩余速度,分析了剩余环流的分布特征,同时利用位势高度场资料做了行星波的谐波分析,计算了行星波1波振幅以及2波振幅.最后通过合成分析、谐波分析等方法,分析了行星波活动强弱不同时期剩余环流的变化以及波动发生转化过程中剩余环流的变化.结果表明,行星波1波、2波振幅与剩余速度三者之间有很好的相关性,2波与剩余速度的相关性要好于1波.此外,波动振幅与(v)*的位相比较一致,超前于(w)*大约1～2个月.当波动较强时,剩余环流也较强.当行星波由1波转化为2波后,剩余环流在平流层50 hPa以下是增强的,在30 hPa以上却是减弱的.当2波转化为1波以后,平流层30 hPa以下的剩余环流减弱,但20 hPa以上却是增强的.     

中层大气行星波在臭氧的季节和年际变化中输运作用的数值研究：Ⅱ.波流…

本文利用一个３４层球坐标波－波相互耦合原始方程谱模式，从拉格朗日平均环流的观点出发讨论了非常定流下行星波对Ｏ３的输运作用。计算结果表明：该耦合模式能较好地模拟中层大气纬向平均流场及准定常行星波的基本变化特征。     

利用SAGEⅡ遥感分析我国上空平流层臭氧的分布和变化特征

根据1984～1992年的SAGEⅡ观测资料，对平流层臭氧(O3)进行了反演，分析了我国三个纬度区域(20°～50°N)的平流层O3分布和变化特征，得到了可作为参考模式的多年平均的平流层O3总量季节变化曲线和4个月份的垂直分布廓线。     

中国平流层CH4的分布特征和季节变化

利用UARS卫星上HALOE试验的1992—2003年CH4资料,分析了中国平流层的CH4混合比分布特征,并对CH4混合比在不同纬度上的季节变化作了详细分析。结果表明,中国平流层CH4混合比随着高度逐渐减小,在经向上有较大差异,总是南边大于北边,而各个纬度带上的分布则较均匀。分析结果还表明,中国平流层CH4混合比在DJF的季节距平与MAM有相反的符号,而且中心位置基本吻合。此外,季节变率最大的是MAM—DJF,而不是JJA—DJF。并且在平流层低层的夏半年有明显的高值带,这可能与上升运动和辐散辐合作用有关。     

赤道平流层中下层纬向风准2 a振荡与行星运动

利用实况资料和小波分析方法研究了赤道平流层中下层纬向风准2 a振荡(简称QBO)周期变化与行星运动之间的联系, 结果表明, QBO周期以火星冲日(25.68月)周期为基准, 时而变长, 时而变短。当地球、土星、天王星3星一线时, 火星冲日月份30 hPa纬向风由东风向西风转换;而3星成直角时, 则从西风向东风的转换。QBO周期变化与木星冲日时的视赤纬存在明显的对应关系。当木星冲日视赤纬达到正极值时(此时为北半球的冬季), QBO周期达到最大;当木星冲日视赤纬达到负极值时(此时为北半球的夏季), QBO周期达到最小。QBO周期与木星冲日视赤纬之间的相关系数高达0.496, 并通过0.001显著性检验。QBO强度与周期、木星冲日时的视赤纬呈现反相变化, 即QBO强度的强(弱), 对应于QBO周期的短(长)。木星冲日负(正)视赤纬, 在过去60 a中, QBO的强度总体呈现增加的趋势, 与天王星的视赤纬减小存在一定的联系。     

平流层臭氧季节变化的动力和光化学作用之比较

1992年到2005年的HALOE资料显示, 在臭氧光化损耗中, ClOx 和NOx 的贡献大小和作用位置有所差异。SOCRATES3模式模拟表明, 两半球夏季高纬极区的臭氧减少, 主要是NOx的化学贡献; 北极春季和南极冬季副极地臭氧的变化, 主要是动力输送引起。南、北极春季臭氧减少的化学机制也有所不同, 南极春季的臭氧耗损包括极区内ClOx 的异相化学作用和副极区NOx的化学作用; 北极春季的臭氧耗损主要以NOx 和ClOx 的气相化学作用为主, 其中NOx 的作用更大。动力和光化学在臭氧变化中的贡献表明, 整个中低平流层及低纬平流层高层的动力输送贡献可达到45%, 而高纬平流层中上层, 化学作用贡献在65%以上。     

中层大气行星波在臭氧的季节和年际变化中输运作用的数值研究──Ⅰ．常定流的情况

本文构造了一个３４层球坐标原始方程波－流相互耦合谱模式，利用此模式从拉格朗日平均环流的观点研究了在常定流下行星波对臭氧的输运作用。研究结果表明，行星波对臭氧的输运有明显的季节变化，在北半球冬季，由于行星波上传到平流层而大大增强了中高纬地区向极地向下的Ｏ３输运；并且还表明，热带纬向风的ＱＢＯ不仅通过影响东、西风切变而引起热带Ｏ３分布的年际变化，而且通过影响行星波的传播引起了行星波对Ｏ３输运的年际变化，这表现为当热带纬向风处于东风位相时，中高纬地区行星波对Ｏ３的输运比西风位相时强。     

2007/2008和2008/2009冬季平流层强、弱极涡事件对应的行星波活动的对比分析

在对逐日气象资料进行纬向谐波分析的基础上, 对比和讨论了2007/2008年冬季强极涡期间和2008/2009冬季弱极涡期间平流层和对流层不同波数的行星波的变化特征, 特别关注强极涡或弱极涡发生之后, 500 hPa 沿60°N和30°N行星波1波和2波振幅和位相的差异, 以及相应的500 hPa位势场的差异, 进而讨论为什么不同的平流层极涡异常会对东亚有不同的影响, 特别讨论为什么同一种极涡异常, 对我国南北方近地面气温的影响会不同。结果表明:平流层极涡发生异常时, 平流层行星波活动有明显的异常。随着极涡异常的下传, 对流层行星波的振幅和位相也有明显的变化, 而且, 对于不同的纬度带, 其变化又有不同, 表现为:2008年1月强极涡发生之后, 500 hPa行星波1波和2波的扰动都向南伸, 而2009年1月的弱极涡(SSW)期间和之后, 1波和2波的扰动都偏北; 在对流层, 强极涡和弱极涡发生之后不但行星波1波和2波的振幅有所差异, 其位相也有明显的不同。特别是, 其位相的差异还随纬度而变化。就同一年(或者说对于同是强极涡或者同是弱极涡)而言, 无论是1波还是2波, 在60°N和30°N附近的扰动相比, 几乎反位相。这样就使得它们的500 hPa 位势场也有明显不同:在东半球, 主要表现为乌拉尔高压和东亚大槽的强度和位置不同。2008年1月强极涡发生之后, 乌拉尔高压和东亚大槽东移, 不利于冷空气向欧亚大陆北部(包括我国北方)的输送, 使这些地区的温度偏高;而2009年1月弱极涡之后, 东亚大槽西退, 利于冷空气向欧亚大陆北部输送, 导致这些地区较冷。对于同一种极涡异常(如2008强极涡或者2009弱极涡)由于南方和北方行星波扰动的位相不同, 对南方和北方冷暖空气的输送也就不一样。所以同一种极涡异常对(我国)南北地区的温度影响是不同的。     

南极昭和站平流层臭氧变化与NAT凝结温度的关系

根据南极昭和站的臭氧和气象探空资料,分析了昭和站上空平流层内几个等压面（20,30,50,70,100和150 hPa）上臭氧变化与硝酸·三水合物（分子式HNO3·3H2O,记为NAT）凝结温度的关系,给出了臭氧变化的一个基本特征。     

Seasonal and Diurnal Ozone Variations: Observations and Modeling

Ozone mixing ratios observed by the Bordeaux microwave radiometer between 1995 and 2002 in an altitude range 25–75 km show diurnal variations in the mesosphere and seasonal variations in terms of annual and semi-annual oscillations (SAO) in the stratosphere and in the mesosphere. The observations with 10–15 km altitude resolution are presented and compared to photochemical and transport model results.Diurnal ozone variations are analyzed by averaging the years 1995–1997 for four representative months and six altitude levels. The photochemical models show a good agreement with the observations for altitudes higher than 50 km. Seasonal ozone variations mainly appear as an annual cycle in the middle and upper stratosphere and a semi-annual cycle in the mesosphere with amplitude and phase depending on altitude. Higher resolution (2 km) HALOE (halogen occultation experiment) ozone observations show a phase reversal of the SAO between 44 and 64 km. In HALOE data, a tendancy for an opposite water vapour cycle can be identified in the altitude range 40–60 km.Generally, the relative variations at all altitudes are well explained by the transport model (up to 54 km) and the photochemical models. Only a newly developed photochemical model (1-D) with improved time-dependent treatment of water vapour profiles and solar flux manages to reproduce fairly well the absolute values.     

北半球冬季平流层强、弱极涡事件演变过程的对比分析

利用1958～2017年逐日的NCEP/NCAR再分析资料对北半球冬季平流层强、弱极涡事件的演变过程进行了对比分析,同时比较了有平流层爆发性增温（SSW）和无SSW发生的两类弱极涡事件的环流演变和动力学特征。结果表明,强极涡的形成存在着缓慢发展和快速增强的过程,而弱极涡事件的建立非常迅速;和强极涡事件相比,弱极涡事件的峰值强度更强,异常中心的位置更高。此外,强、弱极涡事件的产生与波流相互作用的正反馈过程密切相关。对于强极涡事件,发展阶段的太平洋—北美（PNA）型异常削弱了行星波一波;当平流层西风达到一定强度,上传的行星波受到强烈抑制,使得极涡迅速增强达到峰值。而对于弱极涡事件,发展阶段一波型的异常增强了行星波上传,通过对纬向流的拖曳作用使得平流层很快处于弱西风状态,更多行星波进入平流层导致极涡急剧减弱甚至崩溃。针对有、无SSW发生的两类弱极涡事件的对比分析表明,有SSW发生的弱极涡事件发展阶段,平流层出现强的向上的一波Eliassen-Palm（EP）通量异常,通过正反馈过程使得一波和二波上传同时增强而导致极涡崩溃;无SSW发生的弱极涡事件发展阶段,平流层缺乏向上的一波通量,二波活动起到重要作用,其总的行星波上传远弱于有SSW发生的弱极涡事件。对于无SSW发生的弱极涡事件,其发展和成熟阶段对流层上部出现类似欧亚（EU）型的高度异常,伴随着强的向极的EP通量异常,导致对流层有极强的负北极涛动（AO）型异常。而有SSW发生的弱极涡事件发展阶段对流层上部主要表现为北太平洋上空来自低纬的波列异常,其后期的对流层效应更加滞后也不连续,对流层AO异常的强度明显弱于无SSW发生的弱极涡事件。     

区域酸性沉降的数值研究：Ⅱ.个例模拟和试验

利用建立的区域酸性污染物沉降模式，配合中尺度模式ＭＭ４预报的气象场，以１９９１年６月１２￣１４日淮河流域的一次降雨过程作为实例，对我国东半部及其相邻地区的酸沉降进行了数值模拟和试验研究。结果表明，模式基本上能够模拟出区域酸性沉降的特征，具有良好的综合模拟性能和广阔的应用前景。     

2011～2012年冬季欧亚大陆低温严寒事件与平流层北极涛动异常下传的影响

利用NCEP-NCAR 再分析资料分析了2011～2012 年冬季发生在欧亚大陆的一次异常低温严寒事件的大气环流演变过程以及可能的成因。这次低温事件,主要出现在2012 年1 月下旬至2 月上旬,持续大约3 周左右,非常强的低温异常覆盖了几乎整个欧洲以及东亚的西伯利亚、蒙古国和我国东北、华北等地。这次低温事件的演变与对流层北极涛动(AO)由正位相转变为负位相的时间相匹配,意味着AO 可能发挥重要作用。进一步分析表明,前期行星波的异常上传导致平流层发生爆发性增温现象,极夜急流减弱,AO 位相首先在平流层由正变负;在2～3 周左右的时间内,平流层AO 异常信号逐渐下传,使得对流层AO 也转为负位相;随后,乌拉尔山阻塞高压异常发展,极区的冷空气不断向南爆发,先后在东亚和欧洲造成剧烈的降温,导致低温严寒事件。因此,考虑平流层环流的异常可能有助于提高欧亚大陆冬季低温严寒事件的预测能力。     

准定常行星被对大气中臭氧输运的动力作用

本文从拉格朗日平均环流观点讨论了行星波对大气中Ｏ３。的输运作用。理论分析表明，当行星波是定常保守时，行星波对大气中Ｏ３没有输运作用；而非定常的行星被对大气中ｏ。有明显的输运作用，它可以强迫出一个正的输运环流、即从热带上升，而从高纬下沉的环流；此外，只有当耗散的行星波传播到平流层才会在平流层强迫出输运环流。为了说明行星波对大气中Ｏ３输运的动力作用，本文还利用一组３４层波－流相互耦合球坐标原始方程谱模式计算了地球大气中行星波对Ｏ３变化的作用，其计算的Ｏ３变化与实际观测到的Ｏ３分布变化很相似。     

全球海洋海浪要素季节变化研究

本文使用欧洲中期天气预报中心（European Center for Medium Range Weather Forecasting,ECMWF）近30年（1982～2011年）全球再分析资料（ECMWF 40 Year Re-analysis Interim）中的风场及海浪场资料,对全球海表10 m风场、有效波高、平均周期和平均波向进行了统计分析,并定义了一种计算季节变率的方法。研究发现,有效波高和平均周期均存在明显的季节变化,且北半球大洋比南半球大洋季节变化更为明显,印度季风区则例外。另外尝试用波龄揭示风浪、涌浪的分布特征,证实了全球海洋为涌浪占主导及太洋东部存在涌浪强化,同时发现了涌浪的分布在春夏季变化明显的特征。