云对中国区域卫星观测臭氧总量精度影响的检验分析

根据卫星和地基观测, 比较了我国香河、 昆明、 瓦里关和龙凤山四个站点臭氧总量自1979年以来的变化。卫星与地基观测的臭氧总量长期趋势比较一致, 表明臭氧总量均有下降趋势, 但是卫星与地基各自观测的结果仍存在着显著的差别。为研究卫星与地基臭氧总量的差别, 以地基观测臭氧总量为参考, 检验云对历史TOMS (Total Ozone Mapping Spectrometer) 和GOME (Global Ozone Monitoring Experiment) 臭氧总量精度的影响。结果显示: 云 (云量或云顶高度) 增加了卫星臭氧总量误差, 降低数据精度。随着地面云量的增加, TOMS、 GOME臭氧总量相对误差在上述四个地点呈现明显的上升趋势 (瓦里关最为明显), 但最大变化幅度没有超过2.0%。TOMS臭氧总量相对误差随地面云量变化呈现区域性特点, 香河与龙凤山 (代表着中纬度高臭氧总量区域)、 昆明与瓦里关 (代表中、 低纬度高原低臭氧总量区域) 分别为两个变化特点接近的区域。GOME臭氧总量相对误差与云之间关系的区域特征不明显。利用卫星遥测FRESCO (Fast Retrieval Scheme for Clouds from the Oxygen A\|band) 云信息检验GOME卫星臭氧总量精度的表明, 只有当云量大于5成后GOME臭氧总量才显示出相对误差增加的现象, 但无明显趋势; 随着FRESCO云顶高度的增加, GOME臭氧相对误差在香河、 瓦里关均呈现明显的上升趋势并有3%左右幅度的变化。TOMS臭氧总量相对误差随着地面有效反射率的增加而增大, 且误差幅度超过2%; TOMS\|N7臭氧总量比TOMS\|EP约高2.0%~3.0%。分析还表明, 云内和云以下臭氧柱浓度在反演的卫星臭氧总量中的贡献很可能被高估了。     

双差分吸收激光雷达:-种能有效减小气溶胶对臭氧测量影响的方法

文中提出了一种新的激光雷达测量臭氧的方法：双差分吸收方法。理论分析和数值模拟表明这种方法可以有效减小气溶胶消光和后向散射对臭氧测量的影响，从而使激光雷达在气溶胶影响严重地区测量的臭氧精度比传统差分吸收激光雷达大大提高。利用（２８９，３１３；２７７．１，２９９．１ｎｍ）或（２６８．４，２８９；２７７．１，２９９．１ｎｍ）４波长进行双差分吸收可以用于对流层大气气溶胶含量丰富或分布不均匀地区臭氧的测量。利用（２９９．１，３４１．５；３０８，３５３ｎｍ）４波长进行双差分吸收可以对火山爆发后平流层臭氧进行较精确的测量。     

紫外差分吸收激光雷达测量平流层臭氧

我们研制了一台紫外差分吸收（UV-DIAL）激光雷达,用于18～45 km高度的平流层臭氧垂直廓线的长期监测。位于合肥的这一激光雷达于1996年8月全面建成并投入常规运行。本文将给出该激光雷达系统的结构和平流层臭氧测量数据处理。给出的一些测量结果和与其他手段测量结果的对比表明,该激光雷达对平流层臭氧能够进行可靠的测量。     

利用探空资料验证GOME卫星臭氧数据

利用1996年3月-2003年6月部分时段拉萨、西宁、北京3个站的臭氧探空资料验证了GOME（Global Ozone Monitoring Experiment）卫星臭氧廓线及对流层臭氧柱总量。对比结果表明:在对流层中下层,拉萨和西宁两地GOME与探空的平均偏差小于5%,北京地区平均偏差小于10%;在对流层上层/平流层下层,拉萨和西宁平均偏差小于10%,北京小于20%;在平流层中上层3个站的平均偏差均小于5%。在对流层上层/平流层下层区域,GOME与臭氧探空的平均偏差在北京明显高于拉萨和西宁。3个地区对流层柱总量的平均偏差都在10%以内,表明该资料可用于研究我国对流层臭氧总量的变化规律。同时段的GOME最低层（0~2.5km）月平均臭氧浓度对比结果显示,GOME结果同地面臭氧观测值有很好的相关性,GOME臭氧浓度反映了拉萨、瓦里关、临安地面臭氧浓度的主要变化特征。     

对流层臭氧研究进展

文章综合评述对流层臭氧研究的主要历史进程、研究方法以及所取得的进展。     

气溶胶和水汽e型吸收对低层大气长波辐射冷却率的影响

利用带模式方法计算了低层大气的长波冷却率。结果表明,在大气低层窗区ｅ型吸收的冷却率小于非窗区的水汽冷却率,约占总冷却率的１／３;气溶胶的长波冷却率小于水汽的冷却率,对总冷却率的贡献约为３０％;大气低层总冷却率的分布主要取决于水汽冷却率的分布。     

气熔胶和水气e型吸收对低层大气长波辐射冷却率的影响

利用带模式方法计算了低层大气的长波冷却率。结果表明,大气低层窗区ｅ型吸收的冷却率小于非窗区的水汽冷却率,约占总冷却率的１／３;气溶胶的长波冷却率小于水汽的冷却率,对总冷却率的贡献约为３０％;大气低层总冷却率的分布主要取决于水汽冷却率的分布。     

用太阳及天光光度计进行大气臭氧探测

在紫外光谱区，大气臭氧有较丰富的吸收带结构。作者用自制的太阳及天光光度计测量直射阳光、直射月光和曙暮光的紫外吸收光谱，并用带吸收法计算臭氧垂直柱总量及斜程含量。文中介绍了观测和计算方法，并给出北京地区晴朗天气条件下观测的初步结果。     

中国地区对流层臭氧变化和分布的数值研究

利用三维中尺度非静力模式ＭＭ５和化学模式,对１９９４年８月１６～１８日,１９９５年１月７～９日冬夏两个不同时期中国大陆大气对流层臭氧及其前体物质的分布进行了数值模拟。同时深入地分析了青藏高原地区夏季对流层臭氧的分布。模拟结果地面臭氧和ＮＯｘ的分布与观测结果基本一致,人类活动和光化过程是决定地面臭氧和ＮＯｘ的主要因子。对流层臭氧浓度的分布与气流的辐合辐散存在较好的对应关系,辐合区臭氧浓度较高,辐散区臭氧浓度较低。夏季,青藏高原中低空存在很强的辐合气流,使周边臭氧向高原辐合;而高原高空,受南亚高压控制存在很强的反气旋环流,臭氧由高原向周边辐散。冬季,受西风气流控制,臭氧分布表征大尺度特征。西风急流区臭氧浓度偏低,而急流两侧臭氧浓度偏高。     

对流层臭氧影响植被研究进展:观测、参数化方案及应用

对流层臭氧(O_3)作为最重要的大气污染物之一,对植物的形态特征和生理生化指标有着重要影响;并通过作用于陆面植被间接改变全球和区域的碳循环以及气候和环境。本文系统地回顾了对流层臭氧影响陆面植被的观测事实,主要包括其对光合作用、气孔导度、叶面积、生物量、产量等方面的影响;归纳和分析了常用的O_3暴露指数(ozone exposure index)和O_3影响植被的参数化方案的优缺点;并介绍这些参数化方案应用于生态模式和地球系统模式,模拟O_3通过作用于陆面植被对碳、水、能量通量和状态的影响。最后探讨了O_3影响植被在观测、参数化方案及其模拟应用方面亟需解决的问题以及未来发展方向。     

1958年1月—1986年12月大气臭氧总量振荡的分析

本文利用1958年1月—1986年12月北半球116个臭氧观测站的月平均臭氧总量资料、通过谐波分析揭示了臭氧总量的年、半年、准2年、准4年、准11年周期性振荡在北半球各纬带上的平均特征。臭氧的这些周期变化与大气环流、温度以及太阳活动密切相关。     

南极上空“臭氧洞”形成和演变的分析研究

近十年来，南极地区上空“臭氧洞”的出现、演变趋势及其可能产生的生物学效应和气候效应引起世人的普遍关注和担忧。目前在南极“臭氧洞”形成理论方面，人类活动影响学说占有统治地位，但两年前魏鼎提出的“电化学－动力学”理论颇受重视。本根据作在日本南极昭和站（60°00′S，39°35′E）工作期间，收集和观测到南极臭氧数据、极地涡旋以及有关的太阳和射电活动等方面的资料，作了仔细的统计相关分析。结果为魏鼎提出的理论提供了新的直接证据，进一步指出了由太阳活动所导致的带电粒子流准11年周期变化与南极上空特有的大气环流相结合，是南极“臭氧洞”形成的重要原因，但人类活动（释放化学物质，特别是CFCs）所带来的影响也不容忽视。     

ANALYSIS AND CASE STUDY ON THE GENERATION OF RADAR ECHO BRIGHT BAND

In this study, the vertical profiles of radar refractive factor (Z) observed with an X-band Doppler radar in Jurong on July 13, 2012 in different periods of a stratiform cloud precipitation process were simulated using the SimRAD software, and the contributions of each impact resulting in the bright band were analyzed quantitatively. In the simulation, the parameters inputted into SimRAD were updated until the output Z profile was nearly consistent with the observation. The input parameters were then deemed to reflect real conditions of the cloud and precipitation. The results showed that a wider (narrower) and brighter (darker) bright band corresponded to a larger (smaller) amount, wider (narrower) vertical distribution, and larger (smaller) mean diameter of melting particles in the melting layer. Besides this, radar reflectivity factors under the wider (narrower) melting layer were lager (smaller). This may be contributed to the adequate growth of larger rain drops in the upper melting layer. Sensitivity experiments of the generation of the radar bright band showed that a drastic increasing of the complex refractive index due to melting led to the largest impact, making the radar reflectivity factor increase by about 15 dBZ. Fragmentation of large particles was the second most important influence, making the value decrease by 10 dBZ. The collision–coalescence between melting particles, volumetric shrinking due to melting, and the falling speed of raindrops made the radar reflectivity factor change by about 3–7 dBZ. Shape transformation from spheres to oblate ellipsoids resulted in only a slight increase in the radar reflectivity factors (about 0.2 dBZ), which might be due to the fact that there are few large particles in stratiform cloud.     

青藏高原平流层臭氧和气溶胶的变化趋势研究

通过分析SAGEⅡ资料,发现青藏高原平流层臭氧存在递减趋势,15—50 km臭氧的变化对臭氧总量变化贡献最大,其中25—50 km和15—25 km两层的贡献大致相当。通过青藏高原和中国东部地区平流层臭氧变化的对比,清楚地看出:两地臭氧总量变化的差异主要是由于在15—25 km臭氧变化不同所致。5—7月臭氧变化趋势的情况与年平均的变化类似,两地臭氧变化的差异主要在平流层低层,即15—25 km。青藏高原平流层气溶胶面密度的时间变化序列显示:大的火山喷发对青藏高原平流层气溶胶具有重要影响,其影响可持续6年左右。从1997年至今,青藏高原18—25 km气溶胶面密度增加,最大的增长出现在23 km,每年大约增长4%—5%。而在16—17 km气溶胶的面密度出现减少趋势。与此同时,在37 km以下,青藏高原的温度出现递减的趋势,而且其递减速度比中国东部地区快;在37—50 km,温度出现增加的趋势,青藏高原的增温也比中国东部地区快。青藏高原平流层低层气溶胶的增加和温度的降低都将增强该区域非均相反应的作用。     

利用太阳直射光谱计算平川上空水汽和臭氧总量

本文利用“HEIFE”1991年10月加强观测期在平川荒漠地区观测的太阳光谱资料．对平川上空大气中水汽总量和臭氧总量进行了计算。计算指出利用多渡段太阳光谱资料拟合Angstroem参数,并引入1hλ的三次多项式．大大地提高了气溶胶光学厚度的计算精度．在上述基础上计算出平川上空10月份臭氧总量平均为0．323cm-atm,水汽的光学厚度为0．238．分析发现该地区水汽总量与地面相对湿度有较好的相关．其相关系数达0．825。文中对水汽计算的几种方法还进行了比较与讨论。     

A NUMERICAL STUDY OF THE VARIATIONS AND DISTRIBUTIONS OF TROPOSPHERIC OZONE AND ITS PRECURSORS OVER CHINA

By means of a three-dimensional meteorological model(MM5)and a chemical model,thedistributions of tropospheric ozone and its precursors over China have been simulated in summerand winter time,16—18 August 1994 and 7—9 January 1995.The distribution of ozone over theTibetan Plateau in summer time is deeply discussed.The simulated results indicate that thedistributions of surface ozone and NO_x are in good agreement with observed results,and humanactivities and photochemical reactions are the main factors controlling the surface ozone and NO_xconcentrations.In addition,higher ozone concentrations are coincided with the air convergence,and the lower concentrations are related to the air divergence.In summer,over the TibetanPlateau the strong flow convergence results in higher ozone concentrations in the lowertroposphere:and the strong flow divergence results in lower ozone concentrations in the uppertroposphere.In winter time ozone concentrations show Iarge-scale characteristics controlled bywesterly flow,and in the jet area they are lower than those outside the jet.