El Chichon火山喷发与平流层气溶胶的研究

1.序言从1981年到1984年的中层大气研究计划(MAP)期间,平流层气溶胶的研究以观测为中心,取得了很大进展。特别是在MAP 期间发生了El Chichon火山大喷发,造成平流层气溶胶的增加现象,这一现象是本世纪最大规模在平流层产生气溶胶,在这之后的几年里这些气溶胶的相当数量仍停留在平流层中。因为是在完备观测体制时发生的事     

南极平流层气溶胶的作用——臭氧洞和物质循环

1.前言关于平流层气溶胶的研究是以六十年代由Junge等人用气球和飞机进行的平流层气溶胶观测而正式开始的。他们的研究表明,构成平流层气溶胶层的气溶胶,主要是被称作大粒子(Large Particle)的粒子组成的,而且,在这些气溶胶的化学成分中以硫化合物居多。这两点对于考虑平流层气溶胶层的生成机制和维持机制是极为重要的,也是决定今后研究方向的重要依据。不过,观测实例毕竟不是很充分的,留待今后研究的问题还很多。进入七十年代,世界各地建立激光雷达以后,已能探讨气溶胶层的全球变化了。1974年,Fuego火山喷发,世界各地的激光雷达站都监测到了随着喷发平流层气溶胶骤     

平流层气溶胶的辐射强迫及其气候响应的水平二维分析

利用比较先进的辐射模式计算了平流层气溶胶的辐射强迫,并对之进行了参数化。结果发现平流层气溶胶的辐射强迫的水平分布不仅与其本身的水平变化有关,而且与下垫面的反照率有很大的关系。利用近期开发的二维能量平衡模式模拟了皮纳图博火山气溶胶对地面平衡温度的影响,结果表明:皮纳图博火山至喷发后1年半左右降温达最大,至喷发后第5年降温已很小。     

平流层火山气溶胶时空传播规律及其气候效应

根据平流层火山气溶胶传播规律研究,该文构建了反映火山喷发强度、平流层火山气溶胶相对浓度、火山气溶胶扩散速率和反映火山爆发地理位置并且按e指数规律衰减的火山活动指数(VEI)时空分布函数,进一步建立了北半球中高纬度、南北半球低纬度和南半球中高纬度3个1945-2008年逐月火山活动指数时间序列。根据3个逐月火山活动指数时间序列分别分析了北半球中高纬度、南北半球低纬度和南半球中高纬度火山活动对于相应纬度带地面气温的影响。研究表明:无论南北半球还是热带,火山活动强时地面气温下降,火山活动弱时地面气温上升,并且地面气温对于火山活动的响应明显滞后。     

本世纪最大的一次平流层气溶胶事件

本文介绍和分析了针对1991年6月中Pinatubo火山喷入平流层的气溶胶云及其演变所进行的大量卫星遥测和地面探测结果,并就此浓火山云对大范围气候的后延强迫作用所作气候数值预报结果与实况进行了对比分析。     

青藏高原沙尘示踪物从对流层向平流层传输的数值模拟北大核心CSCD

利用NCEP再分析资料和卫星观测资料,结合耦合了沙尘模块的中尺度模式WRF,通过个例分析研究了青藏高原及附近地区沙尘气溶胶从近地面向对流层上部和平流层下部传输的特征和机制以及青藏高原大地形对平流层与对流层之间物质交换的影响。结果表明,深对流活动可将近地面沙尘气溶胶传输到上对流层—下平流层区域,但是下平流层区域的沙尘气溶胶浓度分布依赖于地面沙尘源的位置和对流的强度,且与对流系统内是否有降水有关。在没有穿透性对流情况下,垂直上升运动不能直接将沙尘输送到下平流层,但上对流层的沙尘可通过扩散作用和小尺度的混合过程经过数小时缓慢地进入下平流层。在没有明显系统性降水的情况下,夏季青藏高原上空旺盛的对流活动和高地形使得高原上空成为气溶胶进入下平流层的主要区域。上对流层区域的沙尘气溶胶浓度还受到平流层空气入侵的影响,在没有强的地面沙尘排放源的情况下,平流层空气的入侵对上对流层区域气溶胶浓度的分布和演变有较大的影响。     

青藏高原沙尘示踪物从对流层向平流层传输的数值模拟

利用NCEP再分析资料和卫星观测资料,结合耦合了沙尘模块的中尺度模式WRF,通过个例分析研究了青藏高原及附近地区沙尘气溶胶从近地面向对流层上部和平流层下部传输的特征和机制以及青藏高原大地形对平流层与对流层之间物质交换的影响。结果表明,深对流活动可将近地面沙尘气溶胶传输到上对流层—下平流层区域,但是下平流层区域的沙尘气溶胶浓度分布依赖于地面沙尘源的位置和对流的强度,且与对流系统内是否有降水有关。在没有穿透性对流情况下,垂直上升运动不能直接将沙尘输送到下平流层,但上对流层的沙尘可通过扩散作用和小尺度的混合过程经过数小时缓慢地进入下平流层。在没有明显系统性降水的情况下,夏季青藏高原上空旺盛的对流活动和高地形使得高原上空成为气溶胶进入下平流层的主要区域。上对流层区域的沙尘气溶胶浓度还受到平流层空气入侵的影响,在没有强的地面沙尘排放源的情况下,平流层空气的入侵对上对流层区域气溶胶浓度的分布和演变有较大的影响。     

火山活动对气候影响的数值模拟研究

文章系统地总结了火山活动对气候影响的数值模拟研究，主要结论如下:近百年至千年的气候变化和火山活动关系密切，强火山喷发可造成平流层4℃以上的增温和地表年、月平均温度约0.4℃、1℃的下降。地表温度下降的时空分布受许多因素的影响，如火山喷发特征（包括喷发位置、季节、强度等）；海陆分布；火山气溶胶的光学特性；及其由直接辐射强迫引起的经向潜热输送的变化等等。同时还回顾了1991年皮纳图博喷发的有关研究及其对全球气候的可能影响的数值模拟工作。     

平流层重力占优气溶胶粒子的耦合碰并

研究大气平流层中的重力作用占优的气溶胶粒子之间的耦合碰并问题.平流层由于空气稀薄,必须引入高Knudsen数下分子体系介质近似,对于重力占优的气溶胶粒子,采用高Qij下的处理方法,在新的对分布方程的基础上,求得重力作用占优的气溶胶粒子的对分布函数的解析解.结果表明,对于重力占优的气溶胶粒子,平流层中碰并率要大于对流层中的碰并率.     

用多波长激光雷达同时测量平流层气溶胶层

自从六十年代以来,激光雷达就用于遥感研究大气中的各种现象,尤其是对于平流层气溶胶的监测,激光雷达是很有用的,而且根据激光雷达的测量,已经报道了许多有意义的结果,例如:1) 由于强烈的火山爆发,平流层气溶胶层的增强,2) 增强的气溶胶层的衰变过程,3) 平流层气溶胶含量的季节性变化,4) 平流层气溶胶粒子大小的垂直     

中国10个地方大气气溶胶1980～1994年间变化特征研究

作者发展了一个从地面上太阳短波直射辐射和能见度信息综合确定大气柱气溶胶总光学厚度和平流层气溶胶光学厚度的方法，并应用这个方法从气象台站观测资料反演得到北京、昆明、喀什、上海、广州、郑州、沈阳、武汉、格尔木和乌鲁木齐等10个地方从1980到1994年间晴天气溶胶光学厚度资料，分析了这些地方气溶胶光学厚度月变化和年变化特征，并侧重分析了1982年墨西哥厄尔奇琼火山和1991年菲律宾皮纳图博火山爆发对气溶胶光学厚度的影响。     

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。     

近年平流层气溶胶模式研究综述

平流层气溶胶在全球大气的辐射与化学平衡中起着重要作用,对全球气候变化有着重要的影响。数值模拟研究是研究平流层气溶胶浓度、粒径分布及其化学组成的重要手段之一。回顾了平流层气溶胶模式的发展历程,并对现今研究中较有代表性的5种模式进行了比较,着重考察了模拟结果在OCS、SO2分布情况等方面与实测数据的相符程度。结果发现5种模式均可再现平流层气溶胶和它的主要前体气体分布的大部分特征,但同时也都存在各自的局限。最后展望了平流层气溶胶模式未来的发展方向以及需要改进的问题。     

Towards a combined SAGE Ⅱ and SCIAMACHY aerosol dataset and implications for stratospheric aerosol trend analysis over East Asia

利用SCIAMACHY临边探测资料反演出平流层气溶胶消光系数廓线。将2003–2004年SCIAMACHY气溶胶反演结果同SAGE Ⅱ探测结果进行对比,结果表明在15–35 km高度范围,反演结果在20–30°N和30–40°N范围平均相对偏差小于20%,在40–50°N范围小于25%。计算出的平流层气溶胶光学厚度与SAGE Ⅱ探测结果的相对偏差在3个纬度范围均小于6%。将SCIAMACHY反演结果与SAGE Ⅱ探测资料相结合,构建平流层气溶胶长期探测资料。根据这些资料,分析东亚(20–50°N,70–150°E)平流层气溶胶变化趋势。结果表明东亚平流层气溶胶在2000–2010年期间呈现显著增加趋势。平流层气溶胶光学厚度在这11年期间平均每年增加5%。中等强度火山爆发对平流层气溶胶增加有显著影响。     

激光探测平流层气溶胶层后向散射系数分布

1983年2月以来,利用红宝石激光雷达对平流层气溶胶层进行了一系列探测.结果表明:因受El Chichon火山爆发的影响,平流层气溶胶层后向散射比峰值和14—23.5公里高度范围内积分后向散射系数均明显增大。本文对部分探测结果进行了分析和讨论.     

基于CALIPSO卫星探测的2007—2018年西南地区平流层气溶胶的光学特性分析

基于CALIPSO卫星2007-2018年的三级平流层气溶胶廓线资料，本文分析西南地区平流层气溶胶的光学特性。结果表明：首先，在地理和季节上西南地区平流层气溶胶浓度较低。在夏季，西南地区平流层气溶胶光学厚度的均值出现最大值0.0007。其次，平流层气溶胶总衰减后向散射值的廓线分布随着高度的增加而减小，在10~11千米高度处出现最大值。这可能是由于对流层顶部和平流层底部之间气溶胶的相互交换。同时，平流层气溶胶总衰减后向散射值的纬向（北纬22.5°-32.5°）分布在七月出现均值最大值为0.0006×10-3 km-1sr-1，而径向分布（东经90°-110°）在一月出现最大值为0.0018×10-3 km-1sr-1。     

1984～2000年印度洋与中国地区上空对流层中上层及平流层气溶胶变化和输送特征

利用美国SAGE II (Stratospheric Aerosol and Gas Experiment II)卫星最新版（6.0版）1.020 μm通道逐日气溶胶消光系数资料，得出了对流层中上层及平流层（10 km以上高度）气溶胶光学厚度的平均分布和变化特征。结果表明:气溶胶光学厚度在低纬度大，在印度洋的岛屿上空有三个高值中心，气溶胶光学厚度高值中心与对流层中上层的上升气流的高值中心相对应。与17年(1984～2000年)年平均相比，近6年（1995～2000年）孟加拉湾至青藏高原东南部上空气溶胶光学厚度明显增加；中国东部地区上空气溶胶光学厚度增加，中西部地区则减小。气溶胶光学厚度存在三个经向的增加带和两个经向的减小带。中纬度与赤道之间的布鲁尔-多普森环流（Brewer-Dobson Circulation）带来的低层大气与对流层中上层及平流层之间的气溶胶输送是导致气溶胶这种经向一致变化的主要因素。气溶胶的这种输送产生的近地面大气污染物向中上层大气输送有可能产生重要的气候变化。     

平流层臭氧非线性响应的机理研究

完善了王革丽和杨培才(2007)建立的平流层下部臭氧异相光化学反应箱式模式,在原有模式基础上加入溴族,研究了平流层下部臭氧对硫酸气溶胶表面积浓度与氯化物、溴化物以及氮氧化物的排放强度变化的非线性响应,理解平流层臭氧对人类活动的依赖性.结果表明,当氯化物排放强度偏离当前水平时,气溶胶可以通过与溴化物、氯化物、氮氧化物之间的相互作用,干预光化系统的非线性行为,改变系统在参数空间中的拓扑结构.     

对流层气溶胶的直接气候效应对平流层的影响

通过WACCM-3模式中气溶胶光学厚度与卫星资料的对比发现,模式可以很好地再现全球气溶胶的主要分布特征,但在一些区域还存在数值上的差异。利用数值试验研究对流层气溶胶的直接气候效应对平流层气候的影响,结果表明:对流层气溶胶对平流层气候有明显影响,平流层化学过程在这一影响中起重要作用,而对流层气溶胶对平流层辐射的影响不是其直接气候效应对平流层影响的主要原因。其机制可能是对流层气溶胶改变对流层的辐射平衡,影响对流层的温度和大气环流,进而影响行星波的上传,使得平流层气候发生变化;影响区域主要位于高纬度和极地地区,南半球的变化比北半球大,温度变化最大达10 K,纬向风变化最大可达12 m/s,臭氧体积分数最多减少0.8×10-6。     

皮纳图博火山云对1992年大范围气候的影响

1991年6月中旬，菲律宾的Pinatubo火山将近二千万吨含硫气溶胶喷入平流层高空，形成了本世纪最大的一次火山云事件。文章叙述了火山云在高空的扩散状况及其对1992年大范围气候的致冷影响。这表现为全球平均气温的明显下降;北半球1～10月(尤其是夏秋季节)气候冷区明显增多，这种气候冷区有从低纬向高纬逐步移动的趋势;而且夏半年在我国也出现了一系列冷害现象。