斯堪的纳维亚臭氧亏损和物质输送

冬季在北极的斯堪的纳维亚地区存在一个明显的臭氧亏损区,亏损区的中心值达-50 DU.对臭氧亏损和地面温度进行相关分析后指出:斯堪的纳维亚地区的臭氧亏损和该地区地面温度和地面热通量关系极其密切,进一步分析物质的向上输送表明冬季斯堪的纳维亚地区的臭氧亏损可能是由于地面加热引发的物质抬升所造成的.     

斯堪的那维亚臭氧亏损和地面加热

对ＮＡＳＡ的ＴＯＭＳ臭氧资料进行分析后指出：冬季在北极的斯堪的那维亚地区存在一个明显的臭氧亏损区，亏损区的中心值达－５０ ＤＵ，相当于该区域平均值的 １５％。对臭氧亏损和北大西洋海温的东西向差异作相关分析得到：其季节变化的相关系数为－０．９６，逐月（ １６８个月）变化的相关系数为－０．７０。同样对臭氧亏损与地面加热进行相关分析后指出：斯堪的那维亚地区的臭氧亏损和该地区地面的热通量关系极其密切，其相关系数均在－０．８７以上。由此我们认为：北大西洋暖流向北输送能量，引起斯堪的纳维亚地区地面加热，由此造成了冬季该地区的臭氧亏损。     

斯堪的纳维亚上空的臭氧亏损与北大西洋海温

利用TOMS臭氧资料和NCAR/NCEP再分析海温资料，分析研究了斯堪的纳维亚地区的臭氧亏损状况及其季节变化规律，指出在斯堪的纳维亚地区上空存在一个严重的臭氧亏损区。该臭氧亏损有明显的季节变化:冬季最强，夏季最弱。同时研究了北大西洋海温分布和季节变化，指出其与斯堪的纳维亚地区臭氧亏损有极好的负相关。因此，认为可以用北大西洋海温的季节变化来估计斯堪的纳维亚地区气候尺度的臭氧亏损变化。     

塔中地面加热场强度变化特征分析

利用塔克拉玛干沙漠大气环境综合观测试验站塔中西站10 m梯度自动气象站2009年1、4、7、10月观测数据,基于土壤的一维热扩散方程计算四季自然沙地下垫面的地表土壤热通量和地面加热场强度,从而分析沙漠下垫面的地面加热场强度变化特征。结果表明:(1)春季和夏季地表土壤热通量日总量为正值,热通量方向向下,沙层相对大气是热汇,秋季和冬季则相反;日较差最大值出现在秋季,最小值出现在冬季;除冬季以外土壤热通量只占净辐射通量的很小一部分;(2)1、4、7、10月地面加热场强度分别为-33.20～87.39 W/m~2、-36.92～274.16 W/m~2、-7.59～244.78W/m~2、-24.90～170.42 W/m~2,地面加热场强度日平均值均为正值,地面为热源,夏季最强,春季次之,冬季最弱;(3)与大气相较,白天地面为强热源,夜间为弱冷源,春季地面加热场强度峰值出现在12时(地方时),夏季、秋季、冬季均出现在13时(地方时)。因此,塔克拉玛干沙漠腹地地面加热场强度具有独特的日变化和季节变化特征。     

“珠峰环境2000”野外观测计划圆满完成

青藏高原地区大气臭氧亏损是近年来中国科学家首先发现的重要环境科学问题。珠穆朗玛峰位于高海拔地区,地面加热造成的臭氧亏损更为典型、在这一地区观测臭氧垂直分布的结构有助于进一步理解该地区臭氧亏损的过程和对环境造成的影响。 由中国著名科学家叶笃正院士和著名山地气象专家高登义研究员建议,中国科学院大气物理研究所建立了‘珠峰及喜马拉雅地区环境监测研究’项目,决定对珠峰及喜马拉雅地区进行为期１０年的环境监测研究。２０００年 ５月２５日至 ６月１０日,由中国科学院大气物理研究所与中国科学探险协会共同组织,来自３…     

大尺度山地上空的臭氧低值及地面加热

首次利用Ｎｉｍｂｕｓ－７卫星上搭载的臭氧观测光谱仪（ＴＯＭＳ）资料,分析研究了大尺度山地（青藏高原、洛基山脉和安第斯山脉）上空臭氧总量的分布和季节变化规律,指出了大尺度山地对大气臭氧的减少作用。从全球大气臭氧总量分布和纬向偏差分布可以看出：在上述３个大尺度山地上空均存在着明显的臭氧低值扰动,该扰动区夏季强于冬季。在这３个区域中,青藏高原上空的臭氧低值扰动为最强。分析同时指出：上述大尺度山地上空臭氧季节变化的极小值在秋季,极大值在春季。但上述地区臭氧总量与同纬度其它地区臭氧总量的偏差在春季或初夏达到极小值。为分析这种大尺度山地对臭氧减少作用的原因,本文分析了青藏高原地面热源与臭氧总量的关系,指出：大尺度山地表面对大气的加热与该地区臭氧减少之间存在着良好的反相关;在地面对大气的感热加热、潜热加热和有效长波辐射加热中,以感热加热与臭氧减少的关系为最好。     

藏北高原地面加热场的季节变化

利用五道梁１９９３年９月～１９９５年８月的辐射收支资料，分析了该地区地面加热场的季节变化特征，结果表明：春，秋季地面加热场强度有明显的急增加减过程，正是加热场的这种突变引起了季节的明显转换，冬季地面积雪多的年从那面加热场强度较弱，第二年夏季加热场强度则较强；地面加热场强度的季节变化明显，夏季强，冬季弱；冬季地面积雪时间较长时，由于地表反射率增大，地中释放的土壤热通量较无雪时减少，可能造成该地区地面     

冬季青藏高原地面加热与春季川渝地区气温关系的分析

应用奇异值分解(SVD)技术,研究了青藏高原地面加热场与东亚地区上空500 hPa高度场及其东侧川渝地区春季气温场的时空联系和冷暖异常成因.结果表明前期冬季青藏高原地面加热场与后期春季高度场的第一模态代表了两场间的主要耦合特征,具有显著的时空相关;前期冬季青藏高原地面加热场通过影响后期春季500 hPa高度场,导致高原东侧川渝地区春季气温异常;冬季高原地面加热场强度偏强(弱),则后期春季东亚上空500 hPa高度场偏高(低),川渝地区春季气温偏高(低);加热场-高度场-气温场之间的这种非同步联系,表明冬季青藏高原地面加热场异常,通过影响未来春季大气环流变化,是造成高原东侧川渝地区春季气温异常的重要原因.     

平流层臭氧变化对大气加热率及到达地面紫外辐射的影响

平流层臭氧的变化对平流层的温度结构，整个大气环流以及到达地面的紫外辐射均有影响。本文采用一个计算臭氧吸收太阳辐射的参数化方法和有关资料，研究了臭氧变化对大气最大加热率和到达地面的紫外辐射通量密度的影响情况。文中给出的参数化方法可直接应用于大气环流模式计算臭氧吸收太阳辐射的加热率。     

北半球中高纬地区冬季大气臭氧与极涡强度关系

为全面了解冬季北半球中高纬度地区臭氧与同期北极极涡强度变化的相关关系,利用1979年1月至2011年12月欧洲中心再分析资料,选取了4个关键区(北极、东亚、北美和西欧),采用相关分析和E-P通量计算方法,分析了两者之间的相关关系并进行了机制研究。结果表明:(1)冬季北极平流层臭氧总量与极涡强度的负相关关系较好;(2)当极涡强(弱)年,极圈内和外围的北美部分地区臭氧总量显著减少(增加);(3)极涡强度弱时,上传到平流层的涡动热通量强,北半球中高纬地区E-P通量散度辐合增强,剩余环流加强,将导致该地区得到低纬高浓度臭氧的补充而使得臭氧含量增多;(4)1979-2011年上传到中高纬平流层的波动通量增加,造成极区温度增加,进而抑制非均相反应发生而使得极区臭氧含量增加。     

Extremely low temperatures in the stratosphore and very low total ozone amount above northern and central Europe during winter 1989

On 1 February 1989, -83.5°C was recorded in 27.8 hPa over Hohenpeißenberg, the lowest temperature in the 22-year series. This was measured together with a very low total ozone amount of 266 DU. This may be compared with nearly twice this amount on 27 February 1989. The situation was very unusual: following an extremely cold winter in the Arctic stratosphere, the stratospheric cold pole was located over southern Scandinavia on 1 February in a very southerly position. The analyzed temperatures of -92 °C in 30 hPa were also unusual. Even though the low ozone amounts over Hohenpeißenberg were probably dynamically caused, an additional very small ozone decrease due to heterogeneous reactions in altitudes from 23–28 km, where the temperatures lie below -80 °C, cannot be ruled out. Extinction measurements by the orbitting SAGE II instrument indeed show polar stratospheric clouds over Europe near 50° N during the period 31 January–2 February. Also, polar stratospheric clouds were previously observed over Kiruna at similarly low temperatures and signs of a corresponding small ozone decrease were noted there.     

香河地基观测臭氧柱总量数据分析及臭氧变化趋势研究

大气臭氧变化在全球气候和环境中具有重要作用,是当今大气科学领域的重要研究对象之一。对比分析了中国科学院大气物理研究所河北香河大气综合观测试验站2014～2016年Dobson和Brewer两种臭氧总量观测仪器探测结果的一致性,并使用1979～2016年Dobson观测数据分析了香河地区臭氧总量的长期变化趋势。结果表明:进行有效温度修正后,两种臭氧总量仪器观测结果一致性较好,平均偏差仅为-0.14DU(多布森单位),平均绝对偏差为8.00 DU,标准差为36.09 DU,相关系数达0.964。整体来说,两类仪器观测臭氧总量吻合较好。SO2浓度对Dobson仪器数据精度有一定影响,两组仪器数据在SO2浓度为0～0.2DU、0.2～0.4DU和0.4DU大气条件情况下的平均偏差分别为4.8 DU、7.0 DU和8.0 DU,平均偏差随SO2浓度升高而增大。过去38年香河地区的臭氧总量季节差异性强,春、冬两季臭氧总量高,夏、秋两季臭氧总量相对低,季节变化趋势差异明显。从长期变化上看,臭氧总量变化波动有不同的周期,在4个大的时间段变化趋势不同,2000～2010年臭氧层有显著恢复,但最近几年又有变薄的趋势。     

青藏高原和北美夏季臭氧谷垂直结构和形成机制的比较

利用MLS卫星资料和ERA-Interim再分析资料,比较了青藏高原和北美夏季臭氧谷的垂直结构和形成机制。结果如下:青藏高原夏季臭氧谷在垂直方向上存在两个低值中心,一个中心位于对流层顶附近,强度约为-15 DU,形成原因主要为水平幅散,另一个中心位于上平流层,强度约为-1 DU,形成原因可能为光化学反应参与的氯自由基的催化损耗。北美夏季臭氧谷仅存在一个低值中心,位于对流层顶附近,该中心强度约为-5 DU,其形成的主要原因是水平辐散。     

大气臭氧垂直分布的电化学测量

用球载电化学O_3探空仪于1990年6月20日测量了0—32km高度范围内大气臭氧的垂直分布.结果表明,大气臭氧的垂直分布具有多层次结构,在25km附近臭氧分压达最大值.从臭氧廓线推算出大气柱臭氧总含量为327.8D.U.     

青藏高原春季不同地区臭氧和大气温度变化趋势的差异性

利用1979—2018年太阳后向散射紫外辐射计SBUV(/2)星下点臭氧遥感资料,结合ERA-Interim和MERRA-2大气温度再分析资料,考察青藏高原区域内拉萨和共和两地春季臭氧和大气温度变化趋势的差异性。结果表明拉萨和共和两个地区的臭氧和大气温度逆转趋势均发生于1999年。对比2008年以来青藏高原整体臭氧总量变化速率（4.5 DU/(10 a)),拉萨臭氧总量变化更快,为5.9 DU/(10 a),共和相对较慢,仅为3.7 DU/(10 a);同时,1999年以来拉萨和共和春季下平流层（100~30 hPa）大气温度分别以0.5~1.4℃/(10 a)和0.01~0.9℃/(10 a)速率增加,上对流层(250~175 hPa)大气温度分别以0.2~1.5℃/(10 a)和0.2~1.2℃/(10 a)速率降低。与2008年以来高原整体大气温度变化相比较,均慢于高原下平流层（125~70 hPa) 1~2℃/(10 a)的增温速率,快于高原上对流层（225~175 hPa）0.4~1.1℃/(10 a)的降温速率。两地臭氧与大气温度的相关系数和回归系数计算结果表明,拉萨和共和两个地区1999年以来春季臭氧恢复速率的不同是导致两地同期下平流层-上对流层温度逆转速率差异的重要因子之一。     

中国近30a臭氧气候场特征

利用1979—2005年TOMS（total ozone mapping spectrometer）和2006—2007年OMI（ozone mo-nitoring instrument）的卫星观测资料,分析中国地区对流层臭氧含量（tropospheric ozone residue,TOR）、整层臭氧含量（total ozone,TO）的空间分布和季节变化特征,利用二项式加权平均法、Mann-Kendall突变检验法以及小波分析法分析南方典型地区广州臭氧序列的趋势、突变以及周期特征。结果表明,中国地区多年平均对流层臭氧柱含量为35.89DU,东中部地区高于西部,四川东部和重庆西部存在极高值区,青藏高原为极低值区;对流层臭氧夏季平均值最高,冬季最低,春季高于秋季。中国地区多年平均臭氧总量为298.61DU。臭氧总量随着纬度增大而增大,成带状分布,青藏高原为极低值区;臭氧总量春季平均值最大,秋季为最低。南方广州地区的对流层臭氧在1979—2007年之间存在明显的上升趋势,时间变率为0.38DU/（10a）;TOR时间序列在1997年发生突变,存在显著的1a及2a的周期。臭氧总量在1979—2007年之间存在明显的下降趋势,变化率为-2.1DU/（10a）;TO在1993年发生突变,存在显著的2a周期     

Formation of the Summertime Ozone Valley over the Tibetan Plateau: The Asian Summer Monsoon and Air Column Variations

The summertime ozone valley over the Tibetan Plateau is formed by two influences,the Asian summer monsoon(ASM) and air column variations.Total ozone over the Tibetan Plateau in summer was ～33 Dobson units(DU) lower than zonal mean values over the ocean at the same latitudes during the study period 2005-2009.Satellite observations of ozone profiles show that ozone concentrations over the ASM region have lower values in the upper troposphere and lower stratosphere(UTLS) than over the non-ASM region.This is caused by frequent convective transport of low-ozone air from the lower troposphere to the UTLS region combined with trapping by the South Asian High.This offset contributes to a ～20-DU deficit in the ozone column over the ASM region.In addition,along the same latitude,total ozone changes identically with variations of the terrain height,showing a high correlation with terrain heights over the ASM region,which includes both the Tibetan and Iranian plateaus.This is confirmed by the fact that the Tibetan and Iranian plateaus have very similar vertical distributions of ozone in the UTLS,but they have different terrain heights and different total-column ozone levels.These two factors(lower UTLS ozone and higher terrain height) imply 40 DU in the lower-ozone column,but the Tibetan Plateau ozone column is only ～33 DU lower than that over the non-ASM region.This fact suggests that the lower troposphere has higher ozone concentrations over the ASM region than elsewhere at the same latitude,contributing ～7 DU of total ozone,which is consistent with ozonesonde and satellite observations.