北京地区对流层顶变化及其对上对流层/下平流层区域臭氧变化的影响

根据2001～2003年期间获得的大气臭氧探空资料,揭示了北京地区上空对流层顶高度的某些变化特征及其对上对流层(UT)和下平流层(LS)区域内大气臭氧含量变化的影响.结果显示:北京地区上空对流层顶高度的平均值约11.1 km,其变化范围为7.7～14.4 km,臭氧层顶始终处在对流层顶下方约0.9 km高度处.对流层顶高度变化与臭氧总量变化之间的关系相对较弱.通常情况下,LS中的臭氧积分量明显高于UT中的相应值,并且二者呈相反的季节变化特征.北京地区上空仲夏和初秋季节第一对流层顶出现的频数明显减少,在第一对流层顶消失的情况下,LS中的臭氧积分量明显减少,而UT中的臭氧积分量明显增加,臭氧量减少最多发生在200～100 hPa层次中,而臭氧量增幅最大的层次是400～250 hPa.     

青藏高原及其邻近区域穿越对流层顶质量通量的时空演变特征

利用1958~2001年ECMWF资料, 根据Wei公式估算了青藏高原及其邻近区域穿越对流层顶的质量通量 (CTF), 分析了CTF的时空分布特征。分析结果表明: (1) CTF分布呈现纬向型, 在副热带西风急流北侧即对流层顶断裂带中存在东西向的TST (对流层向平流层输送)[CD*2]STT (平流层向对流层输送)[CD*2]TST的波列结构 (水平输送项决定), 而南侧分布决定于垂直输送项。 (2) 在80°E~105°E范围内, 冬春季节, 青藏高原南部及其以南区域为TST, 北部为STT; 夏秋季节, 整个区域几乎由TST所控制。西风急流南侧的CTF主要决定于垂直项, 而北侧主要决定于水平项, 再往北, 垂直项与水平项贡献相当。 (3) 青藏高原与孟加拉湾区域平均CTF在所有季节均为TST, 即有从对流层到平流层净的向上输送, 2月强度最大, 7月为另一个极大值; 两个极大值有不同的产生机制, 后者决定于垂直项, 而前者由水平项决定。 (4) 青藏高原 (及孟加拉湾) 区域年平均CTF在1958~2001年之间的变化趋势在1982年左右出现一个转折: 1982年之前, CTF为递减过程; 而之后CTF为相对较强的增长。上述结果表明: 尽管冬季高原上空为下沉气流, 但高原上空的水平输送项有很强的向上贡献, 这与丛春华等 (2003) 得出的STT不一致。但需要指出的是, 根据Wei公式计算的CTF, 〖JP2〗尤其在急流附近, 对资料中存在的误差十分敏感 (Gettleman等, 2000), 因此青藏高原主体上空在冬季是STT还是TST, 有待于进一步的分析研究。     

青藏高原及附近区域穿越对流层顶的质量和臭氧通量研究

利用等熵坐标下的Wei公式对青藏高原及附近地区穿越动力学和热力学定义下对流层顶的质量和臭氧通量的时空分布变化进行了计算分析。结果表明,采用这两种定义下的对流层顶时,穿越对流层顶的质量和臭氧通量都表现出在热带纬度带为TST通量,到了副热带则转换为STT通量。由于热力学定义下的对流层顶位置稍高,造成了穿越热力学对流层顶的质量和臭氧通量变化幅度大于动力学对流层顶的情况。另外,还发现在所研究的区域穿越对流层顶质量和臭氧通量交换具有明显的年代际变化特征,在1958—2001年时段内交换是先减弱后增强。青藏高原南部及南侧地区向上的质量和臭氧输送经历了逐渐减弱过程,青藏高原北部地区向下的质量和臭氧通量交换也表现为逐渐减弱的过程,这些区域作为通量输送的通道作用是在减弱的。而接近青藏高原西北侧的塔里木盆地附近的向上输送则是逐渐加强的,表明这一区域交换通道作用在青藏高原及附近地区的质量和臭氧交换过程中起着越来越重要的作用。     

2000年北半球平流层、对流层质量交换的季节变化

用2000年NCEP资料,P坐标下Wei公式诊断北半球平流层、对流层交换的季节变化.主要结论:(1)热带西太平洋是物质由对流层向平流层输送的主要通道,并有明显的季节性东西移动.由于2000年赤道辐合带偏弱,因此秋季通量最大.(2)中高纬度地区同时存在向上、向下的通量,大尺度槽区伴随着平流层向下的输送.一年中冬春季向下的输送强,夏秋季较弱,其季节变化与大尺度环流的季节性变化一致.(3)东亚地区存在很强的平流层向下输送,且中心位置移动不大.只占北半球5.6%面积的东亚其年净交换量竟占北半球的29%,这说明东亚地区的平流层与对流层之间的质量交换对北半球平流层、对流层交换研究的重要性.     

青藏高原两类对流层顶高度的季节变化特征

根据青藏高原地区14个探空站近30 a（1979—2008年）的对流层顶逐日观测资料,分析了该地区上空热带对流层顶（第二对流层顶）和极地对流层顶（第一对流层顶）出现的频率及高度的季节变化特征。结果表明：（1）高原全年均可观测到第二对流层顶,其中在暖季（6—10月）第二对流层顶占绝对主导地位,而在其余月份则以复合对流层顶为主;（2）两类对流层顶高度在季节变化上存在着明显的差异,第一对流层顶高度在春秋（夏冬）季偏高（低）,第二对流层顶高度在春夏（秋冬）季偏高（低）,即第一（二）对流层顶高度的年变化曲线呈双（单）峰型;（3）两类对流层顶高度均存在明显的年际变化,第一（二）对流层顶高度除秋季存在准3.6 a（6 a）的周期变化外,其余季节均具有4.5~6 a（2~4 a）的振荡周期;（4）近30 a来高原第一（二）对流层顶主要表现出下降（上升）的趋势,尤其是第二对流层顶高度在冬、春季存在着明显的上升趋势。     

甘肃省对流层顶高度的季节变化特征分析

根据甘肃省8个探空站25年(1980—2004年)的对流层顶观测资料,分析了第一对流层顶和第二对流层顶高度的季节变化特征,结果表明:(1)全省各站全年各月均可观测到复合对流层顶,两类对流层顶存在着明显的季节差异,冬(夏)季以第一(二)对流层顶为主。(2)第一对流层顶的平均高度在春、秋(冬、夏)季相对较高(低),年变化曲线呈双峰型;第二对流层顶的平均高度在春、夏(秋、冬)季相对较高(低),年变化表现出单峰型。(3)两类对流层顶高度均存在明显的年际变化,除秋季外,各个季节第一(二)对流层顶普遍存在5～6 a(准3 a)的周期振荡。(4)近25年来甘肃省两类对流层顶主要以上升趋势为主,特别是在夏季两类对流层顶高度均存在明显的上升趋势。     

我国对流层顶的时空分布特征及其影响因子

本文根据1960—1969年探空资料,分析和总结了我国极地对流层顶和热带对流层顶的高度与温度的地理分布特点及其季节变化;阐述了冬夏复合对流层顶的频率分布情况以及北京、汉口等站对流层顶的日际变动。 文中还对影响对流层顶变化的一些基本因子作了分析和讨论。     

对流层及平流层低层全球动能的季节性急变

利用１９８０－１９８８年ＥＣＭＷＦ的资料，分析对流层５００ｈＰａ，３００ｈＰａ和平流层低层１００ｈＰａ全球范围的纬向平均动能和涡动动能的季节过渡，比较不同层次不同纬度带动能模态的季节性急变，得到如下结论：（１）北半球热带与温带各层次的ＫＺ都有季节性急变，发生在３－４月和１０月附近，而南半球仅在热带有急变。（２）北半球热带地区ＫＺ在６月还有一次季节性急变，出现有１００ｈＰａ和５００ｈＰａ．（３）１０     

全球变暖背景下东亚对流层顶高度演变特征的研究

研究了1948～2004年东亚增暖背景下对流层顶高度的演变特征,重点分析对流层温度、平流层中下部温度与对流层顶高度变化之间的关系。结果表明：东亚地区对流层顶高度在1970年代后呈现波动上升趋势,其上升趋势不如南半球显著;东亚对流层温度与对流层顶高度呈显著正相关,特别是对流层中上部温度与对流层顶高度的正相关最显著,这说明对流层中上部的增温对对流层顶高度的抬升贡献较大;东亚平流层中下层温度与对流层顶高度基本呈显著负相关,70hPa层上的负相关最显著;近20年来东亚对流层温度上升了约0．2℃,平流层中下部温度下降了约1．2℃,对流顶高度上升了约86m,对流层的增暖和平流层的冷却作用共同导致了东亚对流层顶高度的变化。     

青藏高原与同纬度其他地区热带对流层顶气压变化特征的比较

基于1979—2014年ERA-Interim逐日再分析温度资料,依据温度递减率插值法计算出青藏高原及同纬度其他地区热带对流层顶气压数据,比较了高原和同纬度其他地区热带对流层顶气压季节变化和长期变化趋势,讨论了热带对流层顶气压与高空温度的关系。结果表明:1)在季节变化上,除12月和1月外,青藏高原热带对流层顶气压全年低于同纬度其他地区;青藏高原热带对流层顶气压、对流层中上层以及平流层下部平均温度均表现出比同纬度其他地区更明显的单峰型特征。2)热带对流层顶气压与高空温度变化关系密切,对流层中上层(平流层下部)平均温度升高(降低),有利于热带对流层顶气压降低;相对于同纬度其他地区,青藏高原对流层顶气压与对流层中上层平均温度的关系更密切。3)1979—2014年青藏高原和同纬度其他地区各季节的热带对流层顶气压均呈现出不同程度的下降趋势,冬春季下降趋势更加显著;青藏高原各季节对流层中上层增温和平流层下部降温的幅度均超过同纬度其他地区,导致其热带对流层顶气压的下降趋势比同纬度其他地区更加明显。     

成都市冰雹的时空变化与地形特征分析

利用成都市1984—2012年冰雹日志数据,分析了成都市近30年冰雹发生的时间变化、空间分布和地形特征。结果表明:成都市冰雹主要集中在春夏之交的5月和受副高阻塞型系统影响的8月,发生时间集中在13:00—20:00。每年的冰雹日数在2004年前呈增加,最多时为8次,之后呈下降特点。东部的龙门山带降雹次数最多,受沱江水系的影响主要分布在官仓、柏合和书房,而北部和西南部降雹次数较少;主要受白马河水系影响,分布隆丰、安德和西崃区域。     

Interdecadal Variations of the Western Pacific Subtropical High and Surface Heat Flux over East Asia and Their Relationship

The interdecadal variation of intensity of the western Pacific subtropical high(WPSH) during the period 1951-2001 is studied by using data from the National Climate Center(NCC),China Meteorological Administration.The characteristics of the circulations at 500 hPa and the surface heat flux over East Asia are also analyzed based on the NCEP/NCAR monthly reanalysis data.The results reveal that the WPSH and the circulations exhibit interdecadal variations around 1978,with enhancing intensities.The interseasonal persistence of the WPSH intensity alters correspondingly to some extent,which is more significant during 1978-2001 than during 1951-1978.The surface heat flux over East Asia also displays a remarkable interdecadal variation,which leads that of the WPSH intensity.The key variation areas of the surface sensible heat flux(SSHF) are mainly located over the eastern and western Tibetan Plateau around the late 1960s.However,the difference of the SSHF between the eastern and western Plateau exhibits a change in the mid 1970s,close to the time of the abrupt climate change of the WPSH intensity.The SSHF of the Plateau stably increases in the west and decreases in the east before the mid-late 1960s,while it stably increases in the east and decreases in the west after the mid-1970s.On the other hand,the key variation area of the surface latent heat flux(SLHF) is mainly situated over the West Pacific(WP),where the SLHF anomaly in spring changes from positive to negative in the south before 1978,but from negative to positive in the north after 1978;while in summer it turns from positive to negative all over the WP after 1978.The interdecadal variation of SLHF in both spring and summer corresponds well to the interdecadal variation of the WPSH intensity in the same season.The notable correlation between the WPSH intensity and SSHF(or SLHF) maintains without any change although each of these qnantities varies on the interdecadal scale.     

The First Global Carbon Dioxide Flux Map Derived from TanSat Measurements

Space-borne measurements of atmospheric greenhouse gas concentrations provide global observation constraints for top-down estimates of surface carbon flux.Here,the first estimates of the global distribution of carbon surface fluxes inferred from dry-air CO_2 column (XCO_2) measurements by the Chinese Global Carbon Dioxide Monitoring Scientific Experimental Satellite (Tan Sat) are presented.An ensemble transform Kalman filter (ETKF) data assimilation system coupled with the GEOS-Chem global chemistry transport model is used to optimally fit model simulations with the Tan Sat XCO_2 observations,which were retrieved using the Institute of Atmospheric Physics Carbon dioxide retrieval Algorithm for Satellite remote sensing (IAPCAS).High posterior error reduction (30%–50%) compared with a priori fluxes indicates that assimilating satellite XCO_2 measurements provides highly effective constraints on global carbon flux estimation.Their impacts are also highlighted by significant spatiotemporal shifts in flux patterns over regions critical to the global carbon budget,such as tropical South America and China.An integrated global land carbon net flux of 6.71±0.76 Gt C yr~(-1) over12 months (May 2017–April 2018) is estimated from the Tan Sat XCO_2 data,which is generally consistent with other inversions based on satellite data,such as the JAXA GOSAT and NASA OCO-2 XCO_2 retrievals.However,discrepancies were found in some regional flux estimates,particularly over the Southern Hemisphere,where there may still be uncorrected bias between satellite measurements due to the lack of independent reference observations.The results of this study provide the groundwork for further studies using current or future Tan Sat XCO_2 data together with other surfacebased and space-borne measurements to quantify biosphere–atmosphere carbon exchange.     

春夏季转换期东亚地表热通量对温度月际变化的影响

利用1948—2003年的NCEP/NCAR再分析资料,分析了东亚地区春夏季节转换期间地面气温变化趋势以及地面热通量对温度季节变化的影响。结果表明,东亚地区4~7月地面气温月际变化存在明显的与纬度有关的南北向差异、与海陆分布有关的东西向差异以及大陆上中低纬地区以90°E为分界线的东西向差异,大陆上温度月际变化比海洋上显著。通过对月际变温指数的研究发现,中南半岛以及高原东侧在4~5月月际变温明显,印度半岛及高原西侧6~7月月际变温明显,表明月际最大变温有从90°E以东地区向90°E以西地区推进的过程。研究月际变温与地面热通量关系发现,高纬地区大陆上月际温度变化主要与太阳辐射以及潜热变化关系较大,而中低纬地区大陆上月际变温与感热、潜热以及辐射关系都比较密切,且90°E以东的中南半岛及邻近地区的4~5月的月际变温与地面热通量的相关关系最为显著,90°E以西的印度半岛及邻近地区6~7月的月际变温与热通量相关关系最为明显,此时青藏高原西侧辐射以及感热加热作用显著。对于热通量与地面月际变温显著相关区域的进一步分析表明,地面热通量对于温度场的直接影响主要表现在近地层,在高层,两者之间相关关系复杂。     

青藏高原复杂下垫面能量和水分循环季节变化特征分析

为深入认识青藏高原能量和水分循环季节变化,利用GSWP(Global Soil Wetness Project)、GLDAS(Global Land Data Assimilation System)、AMSR-E(Advance Microwave Scanning Radiometer-EOS)土壤湿度以及台站观测资料等多种数据,采用滑动t检验初步分析高原下垫面各物理量季节变化特征。结果表明:各物理量季节变化特征明显且联系密切。高原下垫面净短波辐射和感热通量在1月中旬显著开始增加,5~6月达到全年最高值。净长波辐射5月表现为高值,夏季表现为低值。地表潜热通量在1月显著开始增加,在夏季达到全年最高值。表层土壤3月开始输送热量到大气,9月大气开始向土壤表层传递热量;融雪3~5月加快,雪盖减少。降水和1 cm植被含水量在2月显著开始增加,1 cm土壤显著开始加湿,5~6月降水陡增,1 cm土壤湿度表现为峰值。1 cm植被含水量、植被蒸腾、总蒸散与降水在7~8月达全年最高值,1 cm土壤湿度在7月表出现为谷值,9月达全年第二峰值。10月下垫面温度转冷后,雪盖增加,土壤湿度逐渐减小。     

青藏高原周边对流层顶的时空分布、热力成因及动力效应分析

利用多套、多种再分析资料的逐日气候平均场,通过对比分析,揭示了青藏高原周边区域对流层顶分布及其季节演变的独特特征,并分析了其热力成因以及气候学效应。结果表明,与同纬度的落矶山和太平洋地区相比,青藏高原及伊朗高原区域对流层顶高度的冬夏变化幅度更大。冬季副热带对流层顶断裂带（热带对流层顶与极地对流层顶之间高度剧烈变化的过渡带）位于青藏与伊朗两个高原上空,春季开始两个高原上空对流层顶抬升迅速,夏季最高可超过热带对流层顶的高度（超过100 hPa）,成为同纬度甚至全球对流层顶最高点。青藏与伊朗两个高原上空对流层顶的剧烈抬高,对应两个高原上空大气气柱比同纬度明显偏暖,同时伴随着青藏与伊朗两个高原上空位势涡度值的明显降低。因此,在青藏与伊朗两个高原区域,由春至夏等熵面强烈下凹,同时等位涡面剧烈抬升;夏季时等位涡面及对流层顶断裂带在青藏高原北部成近乎上下垂直分布,与南北倾斜分布的等位温面接近正交分布。这种特征与夏季同纬度其他地区相对平缓的对流层顶断裂带、等位涡面以及等熵面的经向分布形成强烈对比。进一步研究发现,青藏与伊朗两个高原上空由春至夏迅速发展的强大热源是引起上述对流层顶变化特征的主要原因。不同的是,青藏高原上空主要由发展强烈的对流凝结潜热所主导,而伊朗高原上空则主要由绝热下沉加热引起;此外,由春季至夏季,随着青藏高原地区对流层顶与等熵面剧烈相交分布的形成,南亚高压也逐步控制青藏高原上空,在南亚高压东缘盛行的偏北气流作用下,中高纬度平流层的高位涡空气得以在青藏高原东缘及东亚地区沿剧烈倾斜的等熵面被输送到较低纬度的对流层。与降水的季节演变对比可知,平流层高位涡输送的出现、加强和减弱与夏季降水的发展、加强与减弱成同步对应关系。从而证实了青藏高原影响夏季东亚地区形成独特气候格局的事实,说明在这种影响过程中,平流层-对流层动力相互作用过程不可忽视。      

Seasonal and Interannual Variations of Upper Tropospheric Water Vapor Band Brightness Temperature over the Global Monsoon Regions

ＳｅａｓｏｎａｌａｎｄＩｎｔｅｒａｎｎｕａｌＶａｒｉａｔｉｏｎｓｏｆＵｐｐｅｒＴｒｏｐｏｓｐｈｅｒｉｃＷａｔｅｒＶａｐｏｒＢａｎｄＢｒｉｇｈｔｎｅｓＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｖｅｒｔｈｅＧｌｏｂａｌＭｏｎｓｏｏｎＲｅｇｉｏｎｓ①ＱｉａｎＷｅｉｈｏｎｇ（...     

广州地区人为热释放的日变化和年际变化估算

基于《广州市统计年鉴》2001~2012年数据估算了广州2000~2011年人为热释放的日变化以及年际变化,计算中考虑了人类新陈代谢、工业、交通以及生活排放人为热。计算结果显示:4种排放源中工业12年平均达到了55%,交通达到36%,其次依次为生活排放和新陈代谢排放。总的人为热在这12年时间里大致呈现上升的趋势,从2000年的2.7×1017 J增加到2011年的4.4×1017 J,但在2006年后有小幅的下降,这主要是由于工业释放是人为热释放的主要部分,在2006年后工业能源效率有所提高以致能源消耗排放率下降造成的。日变化在10:00(北京时间,下同)和14:00达到最大,并且12年间随时间的推移日变化呈现出下降的趋势,主要是由于城市化进程的速度远远快于能源消耗、人口和车辆保有量增加的速度。对比WRF模式中城市模块中的人为热释放的日变化系数,这些原始系数在广州使用的误差主要与广州地区和西方国家的生产生活作息时间有关。     

Estimation of the Distribution of Global Anthropogenic Heat Flux

The radiance lights data in 2006 from the National Oceanic and Atmospheric Administration Air Force Defense Meteorological Satellite Program/Operational Linescan System (DMSP/OLS) and authoritative energy data distributed by the United State Energy Information Administration were applied to estimate the global distribution of anthropogenic heat flux.A strong linear relationship was found to exist between the anthropogenic heat flux and the DMSP/OLS radiance data.On a global scale,the average value of anthropogenic heat flux is approximately 0.03 W m 2 and 0.10 W m 2 for global land area.The results indicate that global anthropogenic heat flux was geographically concentrated and distributed,fundamentally correlating to the economical activities.The anthropogenic heat flux concentrated in the economically developed areas including East Asia,Europe,and eastern North America.The anthropogenic heat flux in the concentrated regions,including the northeastern United States,Central Europe,United Kingdom,Japan,India,and East and South China is much larger than global average level,reaching a large enough value that could affect regional climate.In the center of the concentrated area,the anthropogenic heat flux density may exceed 100 W m 2,according to the results of the model.In developing areas,including South America,Central and North China,India,East Europe,and Middle East,the anthropogenic heat flux can reach a level of more than 10 W m 2 ;however,the anthropogenic heat flux in a vast area,including Africa,Central and North Asia,and South America,is low.With the development of global economy and urban agglomerations,the effect on climate of anthropogenic heat is essential for the research of climate change.     

青藏高原东北侧臭氧垂直分布与平流层-对流层物质交换

利用臭氧和温度探空廓线,结合NCEP/NCAR资料、TOMS臭氧总量卫星观测资料和NOAAHYSPLIT后向轨迹模式资料,通过个例分析探讨了影响青藏高原(下称高原)附近臭氧垂直分布的因子和过程。结果表明,动力过程是影响高原上空臭氧垂直分布的主要因子,特别是中高纬度高臭氧浓度的空气向南入侵会导致高原上空臭氧浓度的升高,影响高原上空臭氧低谷的范围大小和形态;尽管大气化学过程对高原上空的平流层下层臭氧垂直分布的影响并不显著,但是高原上空的平流层臭氧变化与温度变化具有较好的一致性。同时还发现,对流层上层的强反气旋系统,特别是中高纬度阻塞高压的边缘有明显的平流层空气向对流层入侵,从而导致对流层内臭氧浓度的增加。