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。     

青藏高原气温变化趋势与同纬度带其他地区的差异以及臭氧的可能作用

利用台站探空观测资料和卫星观测资料,分析了1979—2002年青藏高原上空温度的变化趋势。结果表明:高原地区上空平流层低层和对流层上层的温度与对流层中低层具有反相变化趋势。平流层低层和对流层上层降温,温度出现降低趋势,降温幅度无论是年平均还是季节平均都比全球平均降温幅度更大。高原上空对流层中低层增温,温度显示出增加的趋势,并且比同纬度中国东部非高原地区有更强的增温趋势。对1979—2002年卫星臭氧资料的分析表明,青藏高原上空臭氧总量在每个季节都呈现出明显的下降趋势,并且比同纬度带其他地区下降得更快。由于青藏高原上空臭氧有更大幅度的减少,造成高原平流层对太阳紫外辐射吸收比其他地区更少,使进入对流层的辐射更多,从而导致高原上空平流层低层和对流层上层降温比其他地区更强,而对流层中低层增温更大。因此,高原上空比其他地区更大幅度的臭氧总量减少可能是造成青藏高原上空与同纬度其他地区温度变化趋势差异的一个重要原因。     

青藏高原臭氧谷的分布及其与太阳辐射的关系

使用2005—2015年夏季Aura卫星微波临边探测器(MLS)逐日臭氧观测资料,讨论了夏季青藏高原臭氧低值区的三维分布。研究发现,青藏高原臭氧不仅在对流层顶附近存在着臭氧低值区,而且在平流层上层(20~1 hPa)也存在显著的低值区。高原区上空50%以上的臭氧存在于21.5~1.2 hPa的范围内,因此平流层上层高原臭氧低值对高原臭氧谷来说也很重要。使用合成分析法对MLS夏季北半球昼夜臭氧进行研究,结果表明该低值区仅存在于白天。根据高原区平流层上层臭氧模拟数据的集合经验模态分解,得到IMF4的平均频率为0.09,平均周期为11.1年,正好对应太阳活动最强的周期。说明太阳辐射是影响高原平流层上层臭氧低值中心的一个因素。     

青藏高原地区上对流层—下平流层区域水汽分布和变化特征

利用2005-2008年青藏高原(下称高原)地区微波临边探测器MLS(Microwave Limb Sounder)、高光谱分辨率大气红外探测仪AIRS(Atmosphere Infrared Sounder)、ECMWF的ERA-Interim资料,以及NCEP/NCAR再分析数据和NOAA HYSPLIT(Hybrid Single-Particle Lagrangian Integrated Trajectory Model)轨迹模式资料,讨论了高原上空对流层顶附近的水汽分布和变化特征及高原上空平流层与对流层之间的物质交换。结果表明,3-4月高原南侧对流层顶附近100 hPa存在一个水汽低值带,而7-8月和9-10月此处存在一个明显的水汽高值区。3-4月夏季风未发展之前,受高原大地形抬升和西风气流的影响,高原以南地区存在对流层与平流层的物质交换,而215 hPa的高原中部地区(80°E-90°E)则由于空气的下沉运动将上层的干空气向下输送而出现一个水汽低值中心。7-8月,受印度夏季风和高原上空反气旋式环流的影响,高原上空有明显的水汽穿过对流层顶向平流层输送,反气旋环流中心的水汽经过2~4天的上升过程可以从对流层进入平流层。高原及其以东、以西地区的水汽在对流层顶附近的季节变化基本一致,100 hPa三个不同区域的水汽在3月达到最低。     

青藏高原上空H2O和CH4的分布和变化趋势分析

采用UARS卫星1993—2004年卤素掩星试验的观测资料(HALOE),分析了青藏高原(下称高原)上空大气中H2O和CH4的分布和季节变化,也与同纬度其它地区作对比,找出它们的差异,并分析了H2O和CH4的多年变化趋势。结果表明:高原上空H2O混合比在对流层上层随高度迅速减少,在对流层顶和平流层底达到极小值,平流层里水汽混合比随高度增加。高原上空CH4混合比从140 hPa直至1 hPa随高度递减。在对流层上部和平流层下部H2O和CH4混合比季节差异最明显。高原上空H2O和CH4混合比与同纬度带其它地区相比有不少差异,这种差异在对流层上部和平流层下部更明显。分析还表明:高原上空对流层上部和平流层下部H2O和CH4的分布明显受到高原热力作用引起的垂直运动的影响,高原区域是平流层和对流层交换的活跃区。平流层中上层H2O和CH4的关系很密切,其原因主要是在平流层中上层CH4很容易被氧化成H2O。趋势分析表明,在对流层顶附近,水汽在1993—2004年呈下降趋势,而CH4在1998年以前和2001年以后也呈下降趋势;平流层中层1993—2000年H2O混合比呈增加趋势,CH4呈下降趋势,2000—2004年H2O混合比呈下降趋势,而CH4呈增加趋势。     

2008年冬季北京上空上对流层/下平流层臭氧的异常特征

利用国产GPSO3臭氧探空系统观测的大气臭氧探空资料和NCEP再分析资料,结合对天气形势、大气环流背景、高空位涡变化及对流层顶高度扰动的分析,深入研究了2008年冬季北京地区10~14 km高度范围内持续出现的臭氧次峰值及大气臭氧含量异常现象。结果表明:在2008年我国南方雪灾这一特殊时期,引起臭氧垂直分布持续出现次峰值现象及臭氧含量异常的主要原因是平流层空气强烈下沉运动及其与对流层的交换作用,而引起这种下沉运动及平流层-对流层交换则是由于该阶段特殊的天气背景,乌拉尔阻塞高压长时间维持,贝加尔湖到巴尔喀什湖一带横槽稳定存在,里海以东切断低压长期维持,造成冷空气长时间、稳定地南下影响北京上空臭氧的垂直分布。加之副热带急流的出现,北京正处于其入口区左侧,其上空有强烈的辐合下沉运动,有利于平流层空气向下输送。此次臭氧次峰值及臭氧含量异常的现象很好地说明,在冷空气天气过程的影响下,北京地区上空的平流层空气运动及其与对流层的交换十分活跃。     

夏季北半球青藏高原对流层顶气压异常变动的物理机制研究

利用NCEP/NCAR再分析月平均资料,通过构造青藏高原(下称高原)对流层顶气压指数以及选取1992年和1998年这两个高原对流层顶气压正、负异常最大值年份进行对比分析,研究了北半球夏季高原对流层顶气压异常变动的物理机制。结果表明：(1)高原对流层顶气压异常变动与平流层和对流层气温及位势高度异常有密切联系,同时,与地表...     

青藏高原地区大气臭氧变化的研究

文中综述了对青藏高原夏季大气臭氧低值中心的出现和可能形成的机理的一些研究结果。发现了青藏高原在夏季存在大气臭氧总量低值中心的事实 ,研究了该低值中心的背景环流特征 ;证实了青藏高原地区确为对流层与平流层物质输送的通道之一 ,以及它对青藏高原臭氧低值中心形成所起的作用 ;并用数值模拟方法揭示了该低值中心的形成原因。另外用资料证实了青藏高原地区夏季不但存在大气臭氧低值中心 ,而且该低值中心是一个强大气臭氧递减中心的事实。最后介绍了用数值模拟方法来预测青藏高原地区大气臭氧未来变化的趋势。     

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。     

Impacts of the atmospheric apparent heat source over the Tibetan Plateau on summertime ozone vertical distributions over Lhasa

青藏高原(TP)是一个对气候变化敏感的地区,其上空的臭氧分布影响着青藏高原及其周边地区的大气环境,北半球夏季青藏高原上空臭氧柱总量相对较低的现象,及其时空变化受到广泛关注.本研究利用北半球夏季5年的拉萨上空臭氧的气球测量数据,研究高原上空大气视热源(Q1)对臭氧垂直分布的影响并探讨了该过程的机制.结果表明,当TP上空对流层整体的Q1相对较高时,拉萨上空对流层臭氧浓度下降.大气更强的上升运动伴随着TP主体区域上空的Q1的增大.因此,当夏季Q1较高时,由于近地表低浓度臭氧空气向上输送,拉萨上空的对流层臭氧浓度下降.     

杭州地区大气水分特征及相关问题的初步探讨

用1951年1月至2003年12月NCEP/NCAR再分析格点比湿、垂直速度资料,以及杭州站降水量资料,分析了杭州地区对流层整层可降水量、低层空气垂直上升运动强度以及地面降水量的演变特点。结果发现,可降水量与低层空气垂直上升运动具有显著的年代际变化,且这两者均利于降水的时段,降水量不一定偏多,这说明空中水资源具有很大的开发空间。对杭州6月大气可降水量的长期变化特征与全球同纬度地区作了对比,发现近53年来,杭州地区6月份降水量处于下降趋势。     

中南半岛地区热力特征对南海季风爆发的可能影响及机理

利用1998年5月1日－8月31日南海季风试验(SCSMX)产1980年1月－1995年12月NCEP／NCAR候平均再分析资料，分析1998年和多年平均情况下南海夏季风爆发期间中南半岛地区热力特征，揭示该地区热状况的异常与南海夏季风爆发之间的可能联系，从而讨论引起南海夏季风爆发的可能机制。结果发现，南海季风爆发前中南半岛附近地区存在较强的持续地面感知加热并具有显的低频振荡特征，低层大气在中南半岛地区出现较强的暖中心，由此导致局地强的水平温度梯度和位势高度梯度，有利于加强该地区的西南风。南海季风爆发前中南半岛地区低层出现较强的辐合风，高层出现较强的辐散风，这种低层强的辐合，高层强的辐射散配置有利于垂直运动的发展，降水的加强，进而触发南海季风的爆发。对多年平均资料的分析也证实了1998年南海季风爆发过程中所具有的特征，并进一步发现南海季风爆发前中南半岛地区850hPa温度是逐渐增加的，且增温幅度大于南海地区上空，由此加强了中南半岛与南海之间的温差。另外，比纬圈温度偏差和位势高度偏差的分析中发现，南海季风爆发期间南海和中南半岛地区的副高东撤与中南半岛地区的增温和孟加拉湾低槽的向东扩展有关。     

青藏高原臭氧低值中心的变化与我国气候的关系

利用NCEP/NCAR再分析资料、GPCP降水资料以及我国160个台站的降水资料, 研究了青藏高原臭氧低值中心偏强年和偏弱年的气候差异。结果表明，5～7月平均的青藏高原臭氧总量变化与我国当年夏季、冬季以及第二年春季的气温和降水等有明显的相关关系:在臭氧低值中心偏强年夏季, 中国绝大部分地区地面气温比多年平均偏高, 长江以南地区降水偏多, 长江以北大部分地区降水偏少, 尤其是长江中下游和黄河中下游之间的地面降水偏少特别明显。在臭氧低值中心偏强年冬季和次年春季, 中国大部分地区冬季风比多年平均弱, 使得绝大部分地区地面气温偏高。臭氧低值中心偏弱年的情况基本上与偏强年相反。因此, 青藏高原上空臭氧低值中心的变化在气候预测中是一个值得重视的因子。     

Modulation of interannual variability of tropical cyclone activity over Southeast Indian Ocean by negative IOD phase

Tropical cyclones (TCs) over Southeast Indian Ocean (SEIO) have the notable interannual variability caused by ENSO and Indian Ocean Dipole (IOD). In the September–November of El Niño and October–November of positive IOD (PIOD), SEIO TCs is far less than its climatology. However, it is hard to separately understand El Niño and PIOD's impact on SEIO TCs due to their similar occurrence time and time scale. Unlike El Niño and PIOD, SEIO TCs is remarkably more than its climatology only in September–November of negative IOD (NIOD) instead of La Niña. Consequently, it is concluded NIOD mainly affects SEIO TCs’ increase. Diagnose results suggest the relative humidity (RH) contributes mostly to the TCs’ increase, vertical wind shear provides the secondary positive contribution, vorticity term also makes a weak positive contribution and PI term's contribution even may be negligible. The study still uncovers the process of RH change: NIOD reaches its peak period and changes atmosphere circulation to make a positive low-level vorticity anomaly over SEIO. Vorticity anomaly strengthens upward motion. The vertical velocity anomaly and climatogical specific humidity (SH) work together to make vertical advection play a dominant role in SH variation. SH's change mainly reflects in RH variation. Eventually, all of these associates with NIOD lead to more SEIO TCs in September–November and the significance of difference is above 99%.     

2001年北半球大气环流特征及其对中国气候异常的影响

2001年受前期赤道东太平洋海温长期冷水位相的影响，北半球大气环流的主要特征表现为：500hPa西太平洋副热带高压冬春季偏强，夏季秋偏弱；欧亚地区夏季500hPa位势高度距平场上中高纬从西到东呈现为“－＋－”分布形式，贝加尔湖地区为正距平中心；东亚冬、夏季风偏弱；7月赤道辐合带异常偏强、偏北等。在上述大气环流的影响下，我国的天气气候发生了异常。     

Vertical Ozone Profile over Tibet Using Sage I and II Data

ＶｅｒｔｉｃａｌＯｚｏｎｅＰｒｏｆｉｌｅｏｖｅｒＴｉｂｅｔＵｓｉｎｇＳａｇｅＩａｎｄＩＤａｔａ①ＺｏｕＨａｎ（邹捍）ａｎｄＧａｏＹｏｎｇｑｉ（郜永祺）ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＡｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃＰｈｙｓｉｃｓ，ＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅ...     

The Tibetan Ozone Low and Its Long-Term Variation During 1979–2010

A Tibetan ozone low was found in the 1990s after the Antarctic ozone hole.Whether this ozone low has been recovering from the beginning of the 2000s following the global ozone recovery is an intriguing topic.With the most recent merged TOMS/SBUV(Total Ozone Mapping Spectrometer/Solar Backscatter Ultra Violet) ozone data,the Tibetan ozone low and its long-term variation during 1979-2010 are analyzed using a statistical regression model that includes the seasonal cycle,solar cycle,quasi-biennial oscillation(QBO),ENSO signal,and trends.The results show that the Tibetan ozone low maintains and may become more severe on average during 1979-2010,compared with its mean state in the periods before 2000,possibly caused by the stronger downward trend of total ozone concentration over the Tibet.Compared with the ozone variation over the non-Tibetan region along the same latitudes,the Tibetan ozone has a larger downward trend during 1979-2010,with a maximum value of-0.40±0.10 DU yr 1 in January,which suggests the strengthening of the Tibetan ozone low in contrast to the recovery of global ozone.Regression analyses show that the QBO signal plays an important role in determining the total ozone variation over the Tibet.In addition,the long-term ozone variation over the Tibetan region is largely affected by the thermal-dynamical proxies such as the lower stratospheric temperature,with its contribution reaching around 10% of the total ozone change,which is greatly different from that over the non-Tibetan region.     

Dynamic Effects of the South Asian High on the Ozone Valley over the Tibetan Plateau

In this study, the TOMS/SBUV (Total Ozone Mapping Spectrometer/Solar Backscatter Ultraviolet Radiometer) data and SAGE (Stratospheric Aerosol and Gas Experiment) II data were employed to calculate the monthly total zonal ozone deviations over the Tibetan Plateau and the 150?C50-hPa zonal ozone variations. The results show that there is a significant correlation between the two, with a correlation coefficient of 0.977. From 150 to 50 hPa, the ozone valley over the Tibetan Plateau (OVTP) becomes the strongest based on the SAGE II data, and the South Asian high (SAH) is the most active according to the 40-yr reanalysis data of the European Centre for Medium-Range Weather Forecasts (ERA40), so a correlation between the SAH and the OVTP may exist. The WACCM3 (Whole Atmosphere Community Climate Model version 3) simulation results show that both SAH and OVTP could still present within 150?C50 hPa with reduced strength even when the height of the Tibetan Plateau was cut down to 1500 m. It is also shown that the seasonal variation of SAH would result in a matched seasonal variation of the OVTP, which suggests a meaningful effect of SAH on the OVTP. Meanwhile, it is found that the atmospheric circulation would impose different effects on the OVTP, depending on the SAH??s evolution stages and movement directions. At 150?C50 hPa, as the SAH approaches the plateau, the SAH zonal (meridional) transport would make the OVTP deeper (shallower), while the vertical transport of ozone produces a deeper (shallower) OVTP at the lower (higher) level; the combined dynamic effects lead to a weakened OVTP. When the SAH stabilizes over the plateau, the zonal (meridional) transport results in a shallower (deeper) OVTP while the vertical transport would create a deeper (shallower) OVTP at the middle (bottom and top) levels; the combined dynamic effects produce a deeper OVTP. As the SAH retreats from the plateau, the OVTP becomes deeper (shallower) under the zonal (meridional) effect or shallower under the vertical effect; the combined dynamic effects contribute to a deeper (shallower) OVTP at the middle (bottom and top) levels. The SAH would have a weak effect on the OVTP over the plateau when positioned over the tropical Pacific.     

西藏高原及其附近的流场结构和对流层大气的热量平衡

本文利用1954—1956年的高空及地面记录,作出了平均流场,并计算了垂直速度、冷暖平流及辐射等,得出下面几点结论:1)冬季在1.5千米及3千米的西风,在高原西边有明显的分支,东边有明显的会合,且在东西两边各有一“死水区”(风速很小),在高原北面形成了高压脊,而在其南面形成了低槽,到了6千米除了二个“死水区”消失以外,其余基本上没有变化。2)夏季1.5千米及3千米在高原附近的流线,绕高原作气旋性旋转,而到了6千米则相反而呈反气旋性旋转,其中心在高原西南部分,且随高度增加而向西偏。3)夏季在高原上基本上是上升运动,可能达到9千米;冬季在高原上估计可能是下沉运动(除西南角有部分上升运动)。4)夏季可以肯定高原是一个热源,而冬季除了西南角有—部分是热源外,其他地区可能是一冷源。