高分辨率对流层化学模式与高斯烟云模式的对比分析

应用高分辨率对流层化学模式及高斯烟云模式分别计算了本溪地区不同气象条件下的SO2 小时浓度 ,并与实测浓度值进行了对比分析。结果表明 :在复杂地形地区应用高分辨率对流层化学模式可以得到与实测浓度较一致的结果。该研究成果可应用于复杂地形地区的大气环境影响评价及环境容量研究中。     

高分辨率对流层化学模式与高斯烟云模式的对比分析

应用高分辨率对流层化学模式及高斯烟云模式分别计算了本溪地区不同气象条件下的SO2小时浓度，并与实测浓度值进行了对比分析。结果表明：在复杂地形地区应用高分辨率对流层化学模式可以得到与实测浓度较一致的结果。该研究成果可应用于复杂地形地区的大气环境影响评价及环境容量研究中。     

全球海洋环流模式中氚分布的模拟

氚（3H）作为一种重要的被动示踪物,经常被用于研究海洋中的物理过程及评估海洋环流模式的模拟性能。使用一个全球海洋环流模式（LICOM）来研究氚在海洋中的分布、存储和输送。模拟的全球氚通量表明,1975年之前氚主要由海气交换输入海洋,特别是在1963年,氚的气体交换输入约为降水输入的2.5倍,1975年之后两种方式的氚输入通量都大幅减少。比对GEOSECS（Geochemical Ocean Sections Study,1972～1978年）和WOCE （World Ocean Circulation Experiment,1989～1995年）大洋观测计划期间的观测资料发现,我们的模式很好地模拟出了氚的海表分布、水柱总量、经向分布以及次表层的高值信号,主要缺点在于模拟的氚向深层的穿透不足,特别是在全球的两个副热带地区,表现尤为明显,氚输入函数的不确定性和模式物理场描述的不足可能是造成误差的主要原因。模式给出的海洋中氚储存总量的结果与基于观测得到的结果比较吻合,如北太平洋海区：1973～1974年模拟结果约为20.4 kg,相同期间观测估计值为21.1±4.7 kg,1989～1995年模拟结果为20.7 kg,相同期间观测估计值为23.4±2.0 kg。氚在等密度面上高低纬的侧向通风明显,模式成功模拟出氚从中高纬的海表进入,沿等密度面向低纬的次表层输送,又经大洋环流和扩散分别向南半球和高纬输送的过程。     

Raman激光雷达探测对流层中上部大气温度分布

介绍了一台氮分子(N2)Raman激光雷达系统.利用N2分子Raman散射和气溶胶及分子的Mie-Rayleigh散射信号,通过同时订正分子、气溶胶和臭氧的衰减,反演出对流层中上部大气密度和温度的垂直分布,其结果与常规球载无线电探空仪探测资料对比,在8～18 km范围内表现了较好的一致性.其中,二者测量的温度在9～15 km高度内相对差别小于4 K.     

全球对流层顶气压场的季节变化特征分析

利用经验正交函数分解(EOF)方法对1948-2004年全球对流层顶月平均气压场进行分析,讨论57 a来气压场的空间载荷向量场及其对应的标准化时间系数的演变,并且利用小波分析方法分析各个季节对流层顶气压周期变化特征.结果表明:春季和夏季整个时段内全球大部分地区对流层顶气压降低趋势比秋冬季明显,对应对流层顶高度有升高趋势,特别是东亚及北美等地在春季具有对流层顶气压升高的显著趋势,对应对流层顶高度可能降低;对流层顶气压场各个季节的标准化时间系数变化具有多时间尺度特征,在各个季节都有明显的3～5 a的周期振荡,春季还具有明显的准2 a周期特征.     

南极-北极飞机探测得到全球温室气体分布

在NSF（National Science Foundation）和NOAA的资助下,科研人员乘坐一架先进的研究飞机从北极飞到南极,成功地获得了最新的CO2及其他温室气体的测量数据。这些数据将有助于研究人员确定温室气体在何时、何地进入和离开大气层,这对人们采取措施抑制全球变暖具有重要意义。     

二维全球气候模式的发展——由对流层向平流层的扩展

采用Arakawa的σ-p混合坐标,将李维亮等人发展的一个二维全球原始方程模式由对流层扩展到平流层中层(10 hPa)。垂直分层采用等lnp方案。发展后的模式不仅在计算上具有很好的稳定性,而且能较好地模拟平均温度场、平均纬向风场和平均经向风场及其季节性变化。同时,在模式对流层之上加上平流层后改善了对流层上层环流的模拟。     

气候变暖背景下全球对流层顶高度和温度的分布特征及变化趋势

利用1979年1月—2014年6月ERA-Interim和NCEP再分析月平均资料,计算并分析全球对流层顶高度、温度等物理量的时空变化特征。结果表明:(1)对流层顶高度和温度的空间分布有很强的纬度依赖性,中高纬度地区对流层顶高度和温度变化随纬度变化分布较明显;(2)近36 a来,全球对流层顶高度整体升高(气压下降约1~2 h Pa·(10 a)~(-1)),而对流层顶温度降低(温度下降约0.1℃·(10 a)~(-1));(3)不同季节对流层顶的高度和温度场都有一定的空间结构变化,两者之间存在季节变化的协调性,且北半球较南半球的变化更复杂;(4)通过ERA-Interim资料和NCEP资料的对比,发现基于NCEP资料得到的对流层顶高度比ERA-Interim资料约高1 km,而2种资料的对流层顶温度在赤道、副热带地区比较接近,都稳定在192~200 K之间,但南、北半球中高纬度温度分布明显不同;(5)除北半球中高纬度北美洲和欧洲局部地区外,对流层顶高度的升高与对流层顶温度的下降存在明显的正相关,尤其是热带地区和南半球高纬地区,相关系数超过0.8。     

MOZART-4大气化学模式模拟东亚季风对对流层污染物的影响:模式验证

利用东亚酸沉降监测网(EANET)、WMO全球温室气体数据中心(WDCGG)的观测资料和TOMS、MODIS卫星观测资料,对MOZART-4大气化学输送模式进行了评估.结果表明,MO-ZART-4对东亚地区近地面二次污染物O3、一次污染物CO和CH4的模拟值与观测值具有较好的一致性,其中低纬海洋观测站的相关系数最高达到0.93,高纬Mondy站的相关系数最低,但也达到0.56;采用统计学相关性分析法检验了O3模拟值与观测值的总体相关性,三种检验方法均说明模拟值与观测值总体是相关的,且低纬海洋观测站的相关性最高.根据各观测站模拟值与观测值的相关性及地理位置等,将东亚划分为5个区,5个区域中对流层O3总量的模拟值与TOMS卫星观测值能够很好地匹配,但由于对流层顶的不确定性,使得模拟结果存在小的偏差.对比气溶胶光学厚度四季气候平均模拟结果与MODIS资料显示,模式能够模拟出卫星资料中东亚地区的高值区,模拟结果存在的偏差主要是模式排放源和模拟结果的分辨率较低以及某些地区特殊的地形导致的.     

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     

大气扩散模式的简要回顾

对各种大气扩散模式所采用的理论和数学方法作了简要评述,并介绍了各种模式的优缺点及应用范围.     

全球对流层顶高度的空间演变规律研究

利用1979—2010年ECMWF提供的月平均温度资料,选取热力学对流层顶定义,应用滑动的EOF分析方法研究了全球对流层顶高度的空间模态随时间的变化趋势。结果表明:①从1979—2010年,冬夏半年对流层顶高度场的第一空间模态均呈显著的纬向分布型。②夏半年两半球呈现出"-+"的纬向分布结构。冬半年南半球维持"+-"的纬向分布,北半球则在"+-+"和"+-"结构之间交替。③两半球副热带地区的分布差异较大,在两半球各自的夏半年副热带为正值区,而冬半年则为强负值区。副热带地区异常的空间分布对应于对流层顶断裂带的位置。     

对流层中上部水汽对高原低涡形成影响的数值试验

对1998年8月4日那曲低涡形成前的卫星监测水汽图像的分析，用η模式对该低涡进行的数值模拟，及对高原以南及洋面上空对流层中上部增加水汽的数值试验，得出：印度洋阿拉伯海是这次高原低涡形成在对流层中上部一个重要的水汽源，印度西部－阿拉伯海上空对流层中上部水汽增加，可使高原上出现有利于低涡形成的高底场，温度场条件，用卫星监测的水汽图像改善在高原以南及洋面上空对流层中上部水汽条件，对数值预报结果有改进。     

美国目前对流层大气化学的几项研究计划

目前,美国和一些其他国家正在进行研究全球对流层化学方面某些问题的计划。在美国这些计划是由几个机构所执行的,是通过大气和海洋委员会的大气研究分会来正式协调的,该委员会是由科学、工程和技术联邦协调委员会建立的。在现有的计划中,没有一个可包括本文所建议的全球对流层大气化学计划的全部内容。所有这些计划加在一起,如果不扩充的话,将不能达到所建议的     

对流层平流层气溶胶粒子的形态和化学组成

分析研究了１９９３年和１９９４年的８月、９月在香河地区上空采集的单个气溶胶粒子的形态及化学元素和化合物的组成。结果表明：１９９３年,在对流层大气中的气溶胶颗粒经常出现不规则形的粒子,可能是土壤粒子;而在平流层大气中的颗粒以具有“卫星”结构的硫酸粒子为主;硫酸铵粒子则经常出现在对流层的中、下部。香河地区上空颗粒物的化学元素组成比较复杂,单一化学元素组成的粒子较少,粒子主要含有Ｓｉ,Ｆｅ,Ａｌ和Ｓ等元素。气溶胶的化合物有硫酸盐、硅酸盐、硝酸盐和磷酸盐等     

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。     

区域化学输送模式中NOx和O3源示踪法的引入

发展了化学输送模式中氮氧化合物(NOx)和臭氧(O3)的一种源示踪方法,对这种示踪法及其应用模式作了详细介绍,并结合臭氧光化学反应机理的分析描述了NOx和O3示踪物浓度方程的推导过程。将这种示踪法引用到区域化学输送模式中,并以太原和石家庄地表NOx人为排放产生的活性氮化物和臭氧为例,演示了污染物向北京的输送过程,模拟的O3,NOx和NOz示踪物浓度时空分布与O3,NOx和NOz在大气中的衰减尺度分析一致,表明该示踪法是一种有效的研究区域氮氧化物以及臭氧来源和输送转化过程的方法。个例模拟分析结果显示:太原和石家庄的地表人为排放产生的NOx本身并不能输送到北京,但通过它们产生的O3和HNO3可以输送到北京,对北京地表附近大气污染造成影响。     

对流层低层晴空大气气溶胶粒子的观测分布

根据1987年冬季人工增雪飞机(机上装有FSSP-100前向散射粒子谱仪)在新疆不同地区获得的大气气溶胶粒子(尺度0.5-8μm)资料,分析研究了对流层低层晴空大气气溶胶粒子的浓度,尺度谱及垂直分布特征.     

全球穿越对流层顶质量通量的时空变化特征

利用1958—2001年44年的ECMWF再分析值资料,采用Euler算法的Wei诊断模型,计算估计了全球平流层与对流层之间穿越对流层顶的质量通量(cross-tropopause flux,即CTF),并对其时空变化特征进行了分析。结果表明:(1)全球CTF的空间分布呈纬向型,且基本与全球经向环流相配合,其中对流层顶断裂带中向下的通量形势较复杂,南半球通量交换的空间变化较均匀,北半球有多峰结构的空间变化,东亚在全球的CTF中有重要作用。(2)南北半球热带对流层顶纬向平均向上的净通量极值分别在5°S为0.873×10-4kg.m-2.s-1和10°N为0.155×10-3kg.m-2.s-1;极地对流层顶向上和向下的通量极值对应在62.5°S为0.510×10-3kg.m-2.s-1,75°S是-0.365×10-3kg.m-2.s-1,55°N为0.257×10-3kg.m-2.s-1,75°N是-0.234×10-3kg.m-2.s-1,两极向上的通量极值在87.5°S为0.355×10-3kg.m-2.s-1,90°N为0.300×10-3kg.m-2.s-1;对流层顶断裂带中向下的净通量极值在35°S是-0.416×10-3kg.m-2.s-1,35°N为-0.333×10-3kg.m-2.s-1。(3)全球的净通量变化出现非对称性的季节波动,南半球和北半球净通量的季节与年际变化趋势完全相反,全球极地对流层顶控制区域的半球年平均质量交换量为-3.55×108Tg.a-1。(4)全球平均的CTF有显著的QBO特征,南北半球的年代际变化明显,特别是20世纪70年代中期至80年代中期出现了质量通量振幅的异常突变现象。