平流层气溶胶的准两年周期特征分析

本文采用HALOE和SAGE II资料,分析了平流层气溶胶的准两年周期变化(简称QBO)特征及其与臭氧QBO的关系,结果表明:(1)北半球中高纬上空平流层气溶胶存在明显的QBO特征,其QBO信号自上向下传播,振荡幅度在平流层中下层可以达到20%;而在赤道和南半球上空的平流层气溶胶的QBO特征相对于北半球则不明显;(2)在北半球平流层中下层,气溶胶的QBO与臭氧QBO存在明显的相关关系:在低纬与高纬地区上空,两者呈很好的正相关关系,而在中纬度上空30 hPa高度附近两者则存在明显的负相关;(3)当赤道纬向风为东风位相时,北半球30~10 hPa高度处,气溶胶面积密度为正距平,距平百分率可达20%,西风位相时则反之;东西风位相时气溶胶面积密度的变化与剩余环流对气溶胶的输送是密切相关的.     

热带平流层水汽的准两年周期振荡

分析了1993年到2002年10年间HALOE卫星资料的热带平流层水汽年际变率,结果表明：热带平流层水汽混合比在2~5 hPa、10~30 hPa、30~100 hPa有三组显著的准两年周期振荡（QBO）现象;其中2~5 hPa和10~30 hPa水汽QBO呈反位相循环;30~100 hPa水汽QBO有显著上传特性.SOCRATES3模式模拟和诊断结果表明,热带平流层水汽QBO是在纬向风QBO强迫下产生的次级动力、热力因子和化学作用耦合后的结果：上层主要是环流输送引起,中层是环流输送和温度扰动驱动下的化学作用引起,下层是对流层顶水汽冻结层的温度扰动和环流输送引起.     

平流层准两年变化对南海夏季风影响机制的探讨

利用美国大气研究中心(the National Center for Atmospheric Research, NCAR)的中层大气模式模拟了平流层准两年振荡(Quasi-Biennial Oscillation, QBO)过程对对流层顶和对流层上层的影响, 并结合NCEP(the National Centers for Environmental Prediction)/NCAR、欧洲中期天气预报中心(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts, ECMWF)月平均的风场资料和实际的探空观测资料, 分析了平流层QBO对南海夏季风的影响作用. 结果表明: 平流层QBO会引起平流层的异常经向环流并向下传播, 在QBO位相的中后期和位相转换期影响到对流层顶和对流层上层, 使热带和低纬度的对流层上层形成异常的经向气压梯度, 最终在夏季的对流层热带地区激发出不同类型的异常环流—西风位相时, 激发出与南海夏季风环流相反的异常环流, 在南海地区有显著的异常下沉运动, 对南海夏季风有削弱作用; 东风位相时, 激发出反Hadley环流型的异常环流, 在南海地区有明显的异常上升气流, 对南海夏季风有加强的效果. 虽然QBO对南海夏季风经向环流有影响, 但它并不是决定南海夏季风准两年变化的唯一因子.     

全球平流层-对流层之间臭氧通量的时空演变研究

利用1958~2001年的臭氧混合比和ECMWF(European Centre for Medium_range Weather Forecast)资料,采用Wei诊断模型定量计算了穿越全球对流层顶的臭氧质量通量.结果表明:(1)臭氧通量场存在纬向型和经向型的空间波列结构,这些空间波列均未能跨越对流层顶断裂带到达热带对流层顶控制区,其中南北两极的极区、地中海-伊朗高原-青藏高原-日本南部-北太平洋和南半球对流层顶断裂带中沿纬圈完整的空间波列最为显著.海洋上空臭氧通量的性质较为均匀一致,大陆上空的空间结构多变.北半球向下与向上的局地平均最大臭氧通量分别是-4μg.m-2.s-1和2.5μg.m-2.s-1,南半球的对应值为-2.5μg.m-2.s-1和1.5μg.m-2.s-1.(2)纬向平均的臭氧净通量依赖于纬度变化,北半球与南半球具有显著的非对称特性,总效应是平流层臭氧向对流层输运注入.臭氧通量有着显著的季节变化,可随不同季节在地理分布上发生空间转移现象,而且其控制机制不仅受对流层顶的季节运动影响,也随大气环境的季节调整而发生改变.(3)南北半球臭氧净通量的变化趋势相反,南半球为双峰结构,表现为非对称振幅的季节波动结构.全球臭氧通量振幅的年际变化表现出明显的QBO(Quasi_Biennial Oscillation)特性,年代际演变的结构形态(向下的臭氧净通量)可划分为4个阶段:1960年代是平稳变化期,1970年代为增强期,1980年代是又一个相对平稳期,1990年代为剧烈变化期.向下的臭氧净通量主极大值出现在1977、1990年和1998年,极小值在1993年和1996年.     

北京地区臭氧垂直分布的演变趋势与特征的研究——卫星SBUV资料与地面遥感对比分析

利用地面遥感O_3垂直分布的逆转方法〈C〉测量出的北京上空O_3剖面资料,对雨云7号卫星的SBUV系统测量的同地区的O_3垂直分布数据进行了订正.对订正后的长达8年(1979—1986年)的完整的SBUV资料进行了较为仔细的分析,得出了这一时期内的O_3垂直分布长期演变呈下降趋势.并在上层O_3含量的季节变化特征和周期振荡等方面,有新的发现,得出一些有意义的结果.     

北京地区臭氧垂直分布的演变趋势与特征的研究——卫星SBUV资料与地面遥感对比分析

利用地面遥感O3垂直分布的逆转方法〈C〉测量出的北京上空O3剖面资料,对雨云7号卫星的SBUV系统测量的同地区的O3垂直分布数据进行了订正.对订正后的长达8年（1979—1986年）的完整的SBUV资料进行了较为仔细的分析,得出了这一时期内的O3垂直分布长期演变呈下降趋势.并在上层O3含量的季节变化特征和周期振荡等方面,有新的发现,得出一些有意义的结果.     

北京地区臭氧垂直分布的演变趋势与特征的研究——卫星SBUV资料与地面遥感对比分析

利用地面遥感O₃垂直分布的逆转方法〈C〉测量出的北京上空O₃剖面资料,对雨云7号卫星的SBUV系统测量的同地区的O₃垂直分布数据进行了订正.对订正后的长达8年（1979-1986年）的完整的SBUV资料进行了较为仔细的分析,得出了这一时期内的O₃垂直分布长期演变呈下降趋势.并在上层O₃含量的季节变化特征和周期振荡等方面,有新的发现,得出一些有意义的结果.     

厄尔尼诺/南方涛动与赤道远西太平洋准两年周期振荡之间相互作用的概念模式

建立了一个反映厄尔尼诺/南方涛动(ENSO)与热带远西太平洋准两年振荡(QBOWP)相互作用最基本物理过程的新概念模式. 在此概念模式中, QBOWP对ENSO的影响通过两种途径: (1) 沿赤道太平洋海洋Kelvin波和 (2) 大气的Walker环流; 而ENSO对QBOWP的影响则可通过大气的Walker环流异常来实现. 对该模式结果的分析诊断表明: 在ENSO与QBOWP相互作用过程中, 大气桥(Walker环流)的作用比海洋桥(沿赤道太平洋的Kelvin波)更重要; 通过QBOWP与ENSO的相互作用, 一个3~5年周期的ENSO振荡可以变为准两年振荡, 而赤道远西太平洋年际变化的主要周期也会变长; 热带太平洋大气-海洋耦合系统的多时间尺度的年际变化可以通过ENSO与QBOWP的相互作用来实现.     

ECMWF和HALOE平流层温度资料对比

利用ECMWF和HALOE资料,分析了1991~2002年两种资料中温度垂直廓线、平方差水平分布,并通过线性趋势分析方法分析了平流层不同高度温度变化趋势的差异.研究结果表明：在中低纬度地区,10 hPa以下两种资料中温度垂直廓线非常吻合;10~2 hPa高度,HALOE资料中温度比ECMWF资料中温度要高;1 hPa高度上,两种资料也有比较小的差异.在南北半球的中高纬度地区,温度的差异比较明显,整个平流层中,HALOE资料中温度比ECMWF资料中温度要高.平流层中温度的水平分布差异随着高度而增大.中低纬度地区温度差异相对较小,南北半球50°以上地区差异比较大.在平流层的中低层100 hPa、50 hPa和10 hPa高度,两种资料中温度的变化趋势一致,但是HALOE资料中温度的递减趋势要更明显.在平流层高层2 hPa,1996年后两种资料中温度的变化趋势相反.本研究将为平流层温度研究的资料选择提供一定的依据.     

Variations in trace gas concentrations in different environments in India

Observations of trace gases (SO₂, NH₃, NO₂ and O₃) were made during the period 1981 to 1984 at 6 different locations representative of urban industrial, urban, nonurban, thermal power plant and marine environment. Diurnal variations of the trace gases were studied in an urban environment. Except in the urban industrial environment, the concentration of NH₃ was found in the range of background values. Also, the average concentrations of NO₂ and O₃ at the different environments were in the order of background values. However, the concentrations of SO₂ were substantially higher by about 7 times, in urban industrial and thermal power plant environments. The diurnal variations of SO₂, NH₃ and NO₂ showed anitphase relationship with surface temperature at the urban environment station which is relatively free of industrial pollution. Discussion is centred on trace gas variations in different environments in India together with the values reported for various countries in the world.     

夏季青藏高原地区近地层水汽进入平流层的特征分析

青藏高原为亚洲季风区的典型代表区域,研究其水汽进入平流层的过程和机理对认识全球气候和大气环境变化具有一定的现实意义.本文基于中尺度气象模式(WRF)的模拟输出结果(2006年8月20日至8月26)驱动拉格朗日大气输送模式FLEXPART,通过追踪并解析气块的三维轨迹以及温度、湿度等相关物理量的相关变化特征,初步分析了夏季青藏高原地区近地层-对流层-平流层的水汽输送特征.研究结果表明,源于高原地区近地层的水汽在进入平流层的过程中受南亚高压影响下的大尺度环流和中小尺度对流的共同影响.首先,在对流抬升作用下,气块在短时间内(24 h)可抬升到9～12 km的高度,然后在南亚高压闭合环流影响下,相当部分气块在反气旋的东南侧穿越对流层顶进入平流层中,并继续向低纬热带平流层输送,进而参与全球对流层-平流层的水汽循环过程.在对流抬升高度上气块位置位于高原的西北侧,然而气块拉格朗日温度最小值主要分布于高原南侧,两个位置上气块的平均位温差值可达15～35 K,这种显著的温度差异将导致气块进入平流层时“脱水”.比较而言,夏季青藏高原地区近地层水汽进入平流层的多寡主要和大尺度汽流的垂直输送有关,而深对流的作用相对较弱.     

北京地区上空OH转动温度的季节性变化

在北京东北方向的兴隆天文台,自主搭建的大气辐射观测仪器对OH夜气辉从2011年12月开始进行观测.利用高分辨率的OH(8-3)带的振转光谱计算了转动温度,并与TIMED/SABER探测的温度进行了比较.观测表明,两年(2012—2013)的OH(8-3)带转动温度平均值为203.0±11.2 K,有明显的季节变化,冬季高,夏季低,温差可达60 K.与SABER观测温度的季节变化一致.对日平均的转动温度进行年振荡和半年振荡分量的拟合分析表明,年振荡强度(10.8 K)远大于半年振荡(2.7 K).研究还发现,不同夜晚转动温度变化形态差别很大,既有很强的潮汐控制的波动,又有相对短周期的波动.     

Evidence of global-scale waves with zonal wave number zero in the stratosphere

Coherency spectra derived from time series of stratospheric quantities indicate oscillations in the frequency range below 0.5 d^–1 which are correlated on a global scale. Satellite observations of total ozone and stratospheric radiance (BUV and SIRS, Nimbus4, April–November 1970) have been used to derive phase relationships of such oscillations. As an example, an oscillation of total ozone with a period of 7.5 d and zonal wave number zero is analyzed in detail. The basic assumption is made and tested, that the oscillation reflects stratospheric planetary waves as obtained from Laplace's tidal equations. The observed latitudinal phase shifts for the total ozone oscillation are in good agreement with theoretical predictions. It is concluded from the observations of ozone and radiance that mainly divergence effects related to global-scale waves are responsible for the 7.5 d oscillations of total ozone at high and middle latitudes and at the equator whereas in the latitude range 10°S–20°S predominantly temperature effects are important. Meridional wind amplitudes of some 10 cm/s are sufficient to explain the high and mid-latitude ozone oscillations. At low latitudes vertical wind amplitudes of about 0.2 mm/s corresponding to height changes of the ozone layer of roughly ±20 m are obtained.     

Vertical and off-diagonal eddy diffusivities in the Northern Hemispheric stratosphere and lower mesosphere

Meteorological rocket soundings, launched between 1968–74 at six locations representative of low, middle, and high latitudes in the northern hemisphere, are employed to determine the vertical, meridional and off-diagonal components of the eddy diffusivity in the northern hemispheric statosphere and lower mesosphere.It is shown that the distribution of the vertical and meridional components of the eddy diffusivity are similar in the northern hemisphere, although the magnitude of the former is 10⁷ smaller than that of the latter; the magnitude of the off-diagonal eddy diffusivity is about 10³ smaller than that of the meridional eddy diffusivity. In the troposphere, a maximum eddy diffusivity occurs in the mid-latitude at about 7 km above the mean sea level for both the summer and winter seasons. In the stratosphere, a maximum eddy diffusivity occurs in the mid-latitude at about 33 km in the winter, but no maximum in the summer.Paper presented at the World Meterological Organization Technical Conference on Global Observations of Atmospheric Pollution Relative to Climate, Boulder, Colorado, 20–24 August 1979.     

利用COSMIC RO数据分析青藏高原平流层重力波活动特征

本文利用2006年5月至2013年4月COSMIC干温廓线数据,提取了青藏高原地区大气重力波势能,以此研究了青藏高原大气重力波势能的分布频率模型和大气重力波活动的时空变化特征,并进一步分析了高原大气重力波活动与高原地形、风速和高原大陆热辐射之间的相关性.青藏高原地区大气重力波势能的分布频率服从对数生长分布;青藏高原地区大气重力波在16~18 km和28~31 km高度较活跃,而在20~26 km高度较平静;高原大陆边缘各季节重力波活动均较活跃,而高原大陆上空大气重力波活动呈明显季节性变化,其在冬春季节较活跃,在夏秋季节较平静;2010年冬季青藏高原大气重力波活动异常平静;各季节整个高原上空大气重力波活跃度有随大气高度升高而降低的趋势,高原上低层大气重力波向高层传播会发生耗散作用.地形与风速是影响青藏高原大气重力波活动的重要因素.地形主要影响平流层底部的重力波活动;纬向风比经向风对该地区平流层大气重力波活动的影响大,纬向风总体上会促进高原大气重力波活动.青藏高原大陆热辐射对高原大气的加热作用是导致青藏高原大气重力波活动呈季节性变化的重要因素.     

Quasi-biennial oscillation in foF2 at the south crest of the equatorial anomaly

The aim of this paper is to report some periodicities observed in the ionospheric parameter foF2 measured at Tucuman (26.9°S; 65.4°W), station placed near the southern crest of the equatorial anomaly. For that, monthly medians of foF2 at several hours of LT for the period 1958–1987 are used. The data are run with Fast Fourier Transform (FFT). Data gaps (4–5 months) are filled by means of linear interpolation. Several periodicities are present. Besides the solar cycle dominant dependence (11 years), semi-annual, annual, five years and quasi-biennial periodicities are also observed. A marked quasi-biennial periodicity is observed at daytime and nighttime hours being their greater amplitude at local noon and midnight. Different mechanisms or combined effects possibly cause them. It is suggested that the solar activity by means of extreme ultraviolet radiation (EUV), which present a quasi-biennial oscillation (QBO) and it is responsible for the ionization, could be the dominant mechanism for the diurnal quasi-biennial periodicity of foF2. At night, since the photoionization by extreme ultraviolet radiation is not significant and the F2 layer is lower than during daytime (100 km) other mechanism may be operative for the quasi-biennial periodicity observed. Possibly the stratospheric QBO contributes to the modulation of the observed behaviour in foF2 at night. This result is preliminary because it needs to be extended to other stations so as to extract definite conclusions. Moreover, we cannot dismiss the possibility of a combined effect of both these mechanisms mainly at daytime and/or QBO influence of geomagnetic parameters.