对流层-平流层之间过渡层中臭氧含量及其加热率的变化研究

利用1958~2001年共44年的ECMWF资料及参数化方法,计算了对流层顶上、下3 km气层间的臭氧含量及其吸收太阳辐射加热率的时空分布.结果表明: (1) 臭氧分布的空间梯度从赤道指向两极,而加热率则是分别由高纬和低纬指向副热带,这样的经向梯度可能是驱动对流层顶结构变化的一种重要因素;两者空间分布的季节变化显著,但其对应关系并不完全一致,1月和4月的空间结构与7月和10月的相反,随季节调整具有突变现象;东亚及青藏高原是季节变化相对稳定的区域.(2) 在热带对流层顶控制区加热率与臭氧含量呈正相关,而极地对流层顶控制区各季节有所不同,还与太阳赤纬变化相关联;各纬度间加热率季节变化的位相和变率都存在差异,但南半球相对较为一致,最大距平为±2×10-4 K·d-1,北半球则较复杂,最大正距平为4×1010-4 K·d-1;两半球的季节周期位相趋于相反.(3) 除赤道外,臭氧距平的季节变化位相超前于加热率距平2~3月,并且发生在季节变化的调整期;最大距平出现在南极的8月大于0.4 DU,3~4月则小于-0.2 DU,而北极为±0.2 DU.(4) 臭氧含量和加热率的年际与年代际演变关系对应一致,并具有多尺度的结构特征;但两半球及赤道的时空演变差异明显,30° S~30° N间副热带控制区的加热率变幅剧烈,最大距平为±2.5×10-4 K·d-1,高纬和两极的变幅在不同演变期各不相同;臭氧的变幅结构与之相反,北极的最大距平分别大于0.25 DU和小于-0.35 DU.(5) 20世纪70年代以前及70年代中期,两半球的正负距平具有相反的演变结构,而90年代是负距平演变最剧烈的时期.     

全球平流层-对流层之间臭氧通量的时空演变研究

利用1958~2001年的臭氧混合比和ECMWF(European Centre for Medium_range Weather Forecast)资料,采用Wei诊断模型定量计算了穿越全球对流层顶的臭氧质量通量.结果表明:(1)臭氧通量场存在纬向型和经向型的空间波列结构,这些空间波列均未能跨越对流层顶断裂带到达热带对流层顶控制区,其中南北两极的极区、地中海-伊朗高原-青藏高原-日本南部-北太平洋和南半球对流层顶断裂带中沿纬圈完整的空间波列最为显著.海洋上空臭氧通量的性质较为均匀一致,大陆上空的空间结构多变.北半球向下与向上的局地平均最大臭氧通量分别是-4μg.m-2.s-1和2.5μg.m-2.s-1,南半球的对应值为-2.5μg.m-2.s-1和1.5μg.m-2.s-1.(2)纬向平均的臭氧净通量依赖于纬度变化,北半球与南半球具有显著的非对称特性,总效应是平流层臭氧向对流层输运注入.臭氧通量有着显著的季节变化,可随不同季节在地理分布上发生空间转移现象,而且其控制机制不仅受对流层顶的季节运动影响,也随大气环境的季节调整而发生改变.(3)南北半球臭氧净通量的变化趋势相反,南半球为双峰结构,表现为非对称振幅的季节波动结构.全球臭氧通量振幅的年际变化表现出明显的QBO(Quasi_Biennial Oscillation)特性,年代际演变的结构形态(向下的臭氧净通量)可划分为4个阶段:1960年代是平稳变化期,1970年代为增强期,1980年代是又一个相对平稳期,1990年代为剧烈变化期.向下的臭氧净通量主极大值出现在1977、1990年和1998年,极小值在1993年和1996年.     

中国南部对流层中上层臭氧增加的气象场判识及臭氧变化的多尺度特征

副热带急流对中国南部地区对流层中上层臭氧浓度的影响程度及地理范围目前还研究较少,且缺乏综合使用常规气象资料及卫星资料来判识对流层中上层臭氧浓度增高的方法.本文利用NCEP再分析与最终分析资料、日本GMS-5地球静止卫星水汽云图资料,以2001年3月27~29日中国南部的临安、昆明、香港臭氧探测个例为基础,结合1996年3月29日香港与2001年4月13日临安对流层中上层高浓度臭氧分布个例对副热带急流对中国南部对流层中上层臭氧浓度的影响进行了详细分析,提出根据气象要素场判识春季中国南部对流层中上层臭氧浓度增高的充分条件为根据卫星水汽图像上的暗区、高空急流入口区的左侧辐合区、高空锋区、对流层中上层≥1 PVU的向下伸展的舌状高位涡区来综合判断.本文的分析结果表明,本文个例中对流层中上层高浓度臭氧来自平流层;香港对流层中上层低浓度臭氧来自热带海洋地区.不仅臭氧垂直廓线的多个极小与极大值表明臭氧垂直分布的多尺度变化特征,而且对流层中上层PV分布以及卫星水汽图像分析也表明大气中的多尺度运动对臭氧垂直分布特征有显著影响.本文的结果表明与副热带高空急流相联系的平流层空气侵入不仅发生在中国大陆的较高纬度地区,较低纬度的昆明与香港地区也有平流层空气侵入导致对流层中上层臭氧浓度升高.     

行星运动与太阳自转角速度22年周期变化

Tlatov(2007)研究认为,太阳活动和太阳磁场变化的22年周期,可能与太阳自转速度的变化有关.可是关于太阳自转速度为什么呈现出22年的变化周期,尚未见到有说服力的解释.本文通过对行星会合指数、行星系质心绕太阳系质心的运动、太阳绕太阳系质心运动以及太阳自转角动量变化的分析,发现行星系统的会合与相互背离,导致了太阳系质心与太阳质心的背离和靠近,从而引发太阳绕太阳系质心旋转角动量与太阳自转角动量的分离与叠加.由此认为,这两种角动量间的转换是太阳自转角速度呈现22年周期性变化的原因.太阳自转速度极小值对应于行星会合指数极大值;而太阳自转速度极大值对应行星会合指数极小值.其中平均11年左右为太阳自转加速期,另外11年则为太阳自转减速期.这一发现,可能为太阳活动与太阳磁场变化22年周期的成因机制的解释提供一个新的线索.     

臭氧空洞释放“太阳杀手”

正大气中的臭氧层是保护地球上的生命免受紫外线辐射"杀戮"的重要屏障。但是科学家们在极地上空发现了巨大的臭氧空洞,而且这个洞的面积正以惊人的速度扩大。臭氧是大气中保护地球生态环境作用极大的高空物质。臭氧层是地球的天然屏障,如同一把撑在大气层高空的无形"保护伞",是保护地球生物和人类安全的"天兵天将"。     

夏季青藏高原及其周边地区卫星MLS水汽、臭氧产品的探空检验分析

根据Aura卫星微波临边探测(MLS)2.2,3.3版水汽和臭氧廓线,采用线性内插方法,将夏季在青藏高原(西藏的那曲和拉萨)及其周边地区(云南腾冲)通过冷冻霜点仪(CFH)和电化学反应池型(ECC)探空仪分别测得的水汽和臭氧数据插值到与卫星产品规定的气压高度进行比较分析,以检验MLS水汽和臭氧廓线产品.结果表明:MLS 2.2和3.3版水汽相对误差在100 h Pa的对流层顶附近分别为(9.8±46.0)%(n=18),(23.0±45.8)%(n=17);在小于并包含82.5h Pa在内的下平流层则分别为(-2.2±15.7)%(n=74),(0.3±14.9)%(n=75);而在对流层316~121h Pa高度则分别为(21.5±90.6)%(n=104),(6.0±83.4)%(n=99).相应MLS 2.2,3.3版臭氧的误差分别为:(-3.5±54.4)%(n=27),(-8.7±41.6)%(n=38)(100 h Pa);(-11.7±16.3)%(n=135),(15.6±24.2)%(n=305)(下平流层);(18.0±79.1)%(n=47),(34.2±76.6)%(n=160)(对流层上层).MLS水汽和臭氧的误差垂直分布在对流层上层-平流层低层振荡和离散分布明显,部分误差可能由于此高度层水汽和臭氧浓度梯度大和比较用线性插值探空数据引起."臭氧低谷"期间,拉萨地区70 h Pa高度以下MLS卫星臭氧浓度误差明显增加;腾冲、那曲与拉萨三地的MLS臭氧误差的垂直分布特征较一致.卫星产品与探空测值的初步关系表明,MLS廓线的灵敏度与水汽和臭氧在大气中垂直分布有密切联系,3.3版水汽产品的灵敏度在82.5 h Pa以上高度略有提高,臭氧产品灵敏度没有明显变化.文中还讨论了导致MLS水汽和臭氧廓线产品误差的可能因素.     

青藏高原和热带西北太平洋大气热源在亚洲地区夏季平流层-对流层水汽交换的年代际变化中的作用

利用欧洲中期天气预报中心ERA40资料,借助Wei诊断模式研究平流层一对流层水汽交换过程,重点分析亚洲地区夏季平流层．对流层水汽交换的年代际特征,探讨青藏高原和热带西北太平洋大气热源在其变化中的作用．气候学特征表明,北半球夏季“亚洲南部半岛-印度洋-太平洋交汇区”为全球最强的对流层向平流层输送的通道,它能将亚洲季风区丰富的水汽源源不断地输送到平流层,影响平流层水汽的分布和变化．北半球夏季亚洲地区穿越对流层顶水汽交换整体上都具有明显的年代际变化,且在近44a可以分为三段比较稳定的时段：1958～1977年、1978～1992年和1993。2001年．在这三个时段中,孟加拉湾．东亚大陆及南海海域的水汽交换通道作用在逐渐减弱,而西北太平洋地区在水汽交换中扮演着越来越重要的角色．进一步研究发现,青藏高原、热带西北太平洋热源的年代际异常是亚洲地区平流层．对流层水汽交换年代际变化的主要原因．44a来青藏高原和热带西北太平洋的热力作用均发生了重大调整,在年代际尺度上两者的综合作用决定了亚洲夏季风的年代际变异,从而影响平流层．对流层水汽交换的年代际异常．然而不同时段不同地区两者的贡献有所不同,尤其是1992年以后,高原热源影响明显减弱,而热带西北太平洋热源在影响平流层．对流层水汽交换中起主要作用．这些结果对深入认识其他大气成份输送过程和正确评估人类活动（排放）对全球气候的影响也具有重要的指示意义．     

青藏高原臭氧变化趋势的预测

利用二维化学模式研究了青藏高原臭氧的趋势, 模式结果表明, 从1980~1993年, 青藏高原臭氧逐渐减少, 在1995年后将逐渐恢复. 但到2050年仍未恢复到1980年的水平. 在青藏高原特殊环流的影响下, 臭氧恢复要比纬圈平均状况下恢复得快. 青藏高原所产生的特殊的经圈环流不是造成青藏高原形成臭氧强递减中心的主要原因.     

东南亚地区生物体燃烧影响华南地区对流层臭氧垂直分布的个例分析

2001年3月7日与8日在香港与昆明用电化学臭氧探空仪探测到了对流层低层异常的高浓度臭氧分布. 本文使用NCEP（美国环境预报中心）分析资料、中尺度数值模式MM5模拟的大气环流数据、卫星观测的东南亚地区的生物体燃烧状况、气溶胶指数等资料,分析了这段时间的天气形势、大气环流、空气的后向轨迹以及生物体燃烧产生的烟尘的轨迹,结果发现高浓度的臭氧空气来源于有生物体燃烧的中南半岛地区. 燃烧烟尘的轨迹还表明生物体燃烧地区的下风方的对流层低层臭氧的分布会受到上游地区生物体燃烧产物的影响.     

中国地磁场北向强度的太阳周期效应

本文根据1961—1971年我国五个地磁台北向强度的资料,采用长期变化二次项的残差ΔX,讨论了我国境内太阳活动周期的地磁效应。结果表明,各台ΔX的变化与太阳黑子数平均为11年周期有关,其相关系数平均为-0.77;ΔX的变幅随纬度的增高而有所     

Evaluation of snow products over the Tibetan Plateau

Four satellite‐based snow products are evaluated over the Tibetan Plateau for the 2007–2010 snow seasons. The Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) Terra and Aqua snow cover daily L3 Global 500‐m grid products (MOD10A1 and MYD10A1), the National Oceanic and Atmospheric Administration Interactive Multisensor Snow and Ice Mapping System (IMS) daily Northern Hemisphere snow cover product and the Advanced Microwave Scanning Radiometer – Earth Observing System Daily Snow Water Equivalent were validated against Thematic Mapper (TM) snow cover maps of Landsat‐5 and meteorological station snow depth observations. The overall accuracy of MOD10A1, MYD10A1 and IMS is higher than 91% against stations observations and than 79% against Landsat TM images. In general, the daily MODIS snow cover products show better performance than the multisensor IMS product. However, the IMS snow cover product is suitable for larger scale (~4km) analysis and applications, with the advantage over MODIS to allow for mitigation for cloud cover. The accuracy of the three products decreases with decreasing snow depth. Overestimation errors are most common over forested regions; the IMS and Advanced Microwave Scanning Radiometer – Earth Observing System Snow Water Equivalent products also show poorer performance that the MODIS products over grassland. By identifying weaknesses in the satellite products, this study provides a focus for the improvement of snow products over the Tibetan plateau. The quantitative evaluation of the products proposed here can also be used to assess their relative weight in data assimilation, against other data sources, such as modelling and in situ measurement networks. Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Ltd.     

δ18O record and temperature change over the past 100 years in ice cores on the Tibetan Plateau

The 213 m ice core from the Puruogangri Ice Field on the Tibetan Plateau facilitates the study of the regional temperature changes with its δ18O record of the past 100 years. Here we combine information from this core with that from the Dasuopu ice core (from the southern Tibetan Plateau), the Guliya ice core (from the northwestern Plateau) and the Dunde ice core (from the northeastern Plateau) to learn about the regional differences in temperature change across the Tibetan Plateau. The δ18O changes vary with region on the Plateau, the variations being especially large between South and North and between East and West. Moreover, these four ice cores present increasing δ18O trends, indicating warming on the Tibetan Plateau over the past 100 years. A comparative study of Northern Hemisphere (NH) temperature changes, the δ18O-reflected temperature changes on the Plateau, and available meteorological records show consistent trends in overall warming during the past 100 years.     

夏季青藏高原地区近地层水汽进入平流层的特征分析

青藏高原为亚洲季风区的典型代表区域,研究其水汽进入平流层的过程和机理对认识全球气候和大气环境变化具有一定的现实意义. 本文基于中尺度气象模式(WRF)的模拟输出结果(2006年8月20日至8月26)驱动拉格朗日大气输送模式FLEXPART,通过追踪并解析气块的三维轨迹以及温度、湿度等相关物理量的相关变化特征,初步分析了夏季青藏高原地区近地层-对流层-平流层的水汽输送特征. 研究结果表明,源于高原地区近地层的水汽在进入平流层的过程中受南亚高压影响下的大尺度环流和中小尺度对流的共同影响.首先,在对流抬升作用下,气块在短时间内(24 h)可抬升到9~12 km的高度,然后在南亚高压闭合环流影响下,相当部分气块在反气旋的东南侧穿越对流层顶进入平流层中,并继续向低纬热带平流层输送,进而参与全球对流层-平流层的水汽循环过程. 在对流抬升高度上气块位置位于高原的西北侧,然而气块拉格朗日温度最小值主要分布于高原南侧,两个位置上气块的平均位温差值可达15~35 K,这种显著的温度差异将导致气块进入平流层时"脱水". 比较而言,夏季青藏高原地区近地层水汽进入平流层的多寡主要和大尺度汽流的垂直输送有关,而深对流的作用相对较弱.     

Characteristics of δ13CDIC in lakes on the Tibetan Plateau and its implications for the carbon cycle

Dissolved inorganic carbon isotope (δ¹³C_DIC) is an important tool to reveal the carbon cycle in lake systems. However, there are only few studies focusing on the spatial variation of δ¹³C_DIC of closed lakes. Here we analyze the characteristics of δ¹³C_DIC of 24 sampled lakes (mainly closed lakes) across the Qiangtang Plateau (QTP) and identify the driving factors for its spatial variation. The δ¹³C_DIC value of these observed lakes varies in the range of ? 15·0 to 3·2‰, with an average value of ? 1·2‰. The δ¹³C_DIC value of closed lakes is close to the atmospheric isotopic equilibrium value, much higher than that in rivers and freshwater lakes reported before. The high δ¹³C_DIC value of closed lakes is mainly attributed to the significant contribution of carbonate weathering in the catchment and the evasion of dissolved CO₂ induced by the strong evaporation of lake water. The δ¹³C_DIC value of closed lakes has a logarithmic correlation with water chemistry (TDS, DIC and pCO₂), also suggesting that the evapo‐concentration of lake water can influence the δ¹³C_DIC value. The δ¹³C_DIC value shows two opposite logarithmic correlations with lake size depending on the δ¹³C_DIC range. This study suggests that the δ¹³C in carbonates in lacustrine sediments can be taken as an indicator of lake volume variation in closed lakes on QTP. Copyright © 2011 John Wiley & Sons, Ltd.     

近40 a西藏那曲当惹雍错湖泊面积变化遥感分析

西藏著名圣湖之一的当惹雍错,是藏北高原腹地内陆封闭大湖,对湖泊面积变化的长时间序列研究较少,本文通过高分辨率陆地资源卫星Landsat TM/ETM+数据源,利用遥感和地理信息系统软件,通过人工目视解译方法对1977-2014年当惹雍错湖泊面积变化进行系统分析,并结合流域临近气象站资料,流域冰川等辅助数据对其湖泊面积变化原因进行综合分析.结果表明,1977-2014年当惹雍错湖泊平均面积为835.75 km~2,1977-2014年湖泊面积总体呈上升趋势,1970s湖泊平均面积为829.15 km~2,1980s和1990s湖泊平均面积分别为827.50和826.42 km~2,2000年之后湖泊面积明显增加,2000s湖泊平均面积与1970s相比,增幅为8.04 km~2.当惹雍错湖泊空间变化特点是,位于最大河流入口处达尔果藏布的湖泊东南部扩大明显,湖泊西南部小湖1于2014年9月开始明显扩大并与当惹雍错有相连趋势;流域冰川融水是当惹雍错主要补给源,近40 a当惹雍错湖泊面积变化是在气温升高的背景下,冰川、降水量和蒸发量三者共同变化作用的结果.     

Temporal and spatial changes of soil moisture and its response to temperature and precipitation over the Tibetan Plateau

ABSTRACT

The temporal and spatial characteristics of soil moisture over the Tibetan Plateau (TP) were analysed to explore the relative contributions of temperature and precipitation to soil moisture change. Non-significant changes in soil moisture were observed for the TP over the period 1950–2010, while a seasonal cycle was evident, with higher values in summer and smaller values in winter. The soil moisture showed obvious spatial heterogeneity, with higher values in the south than in the north of the TP. The soil moisture fluctuated with time, jointly influenced by precipitation and temperature changes, with precipitation the dominant factor, while temperature regulated the relationship between soil moisture and precipitation. The relative contribution of precipitation to soil moisture changes was over 80%, except for winter in which temperature was the dominant factor, with a relative contribution of more than 70%. Because of the sharp increase in temperature in winter, the uneven spatial distribution of soil moisture over the TP might harm the fragile ecological environment.     

近40a西藏羊卓雍错湖泊面积变化遥感分析

羊卓雍错(以下简称羊湖)作为西藏高原三大圣湖之一和藏南重要的高原特色风景旅游景区,其具体面积众说纷纭.本文利用遥感和地理信息空间分析方法对1972-2010年羊湖面积变化进行了系统研究,并结合流域气象站资料对其原因进行初步分析.结果表明,1972-2010年湖泊平均面积为643.98 km2.1972-2010年羊湖面积呈波动式减少趋势,其中,1970s平均面积为658.78 km2,之后至1999年面积显著减少;1980s面积为636.55 km2;1990s为635.06 km2;1999-2004年面积有所增加;2004-2010年持续缩小,减幅为8.59 km2/a.湖泊空间变化特点是除了空母错和珍错两个小湖面积变化较小之外,羊湖整体面积呈现萎缩态势,其中东部嘎马林曲入口附近退缩程度最大,达1.62 km.流域气象站资料分析表明,湖泊面积和降水的变化波动存在显著耦合关系,降水变化是羊湖面积变化的主要原因;其次,流域蒸发量的明显增加,特别是2004年来连续较高的蒸发量是导致近期面积显著减少的重要原因,气温的升高进一步加剧了这一过程.羊湖的面积变化基本反映了西藏高原南部半干早季风气候区以降水补给为主的高原内陆湖泊对气候变化的响应.     

青藏高原地震的震源深度及其构造意义

在本研究的前一项工作中，根据ＷＷＳＳＮ的长周期无震体波记录，采用广义反演技术，确定了１９６６年至１９８０年期间发生在西藏高原及其周围地区的１１个主要地壳地震和地震矩张量，同时得到了震源时间函数和震源深度。所分析的地震具有较浅的震源深度，且均分布于上部地壳范围内，本文根据上述结果，结合其它逐个测定的１９６４年至１９８６年发生在青藏高原的７８个中强地震的震源深度的结果，讨论了青藏高原地震的震源深度分布     

全球变化下青藏高原湖泊在地表水循环中的作用

青藏高原是地球上最重要的高海拔地区之一,对全球变化具有敏感响应.青藏高原作为"亚洲水塔",其地表水资源及其变化对高原本身及周边地区的经济社会发展具有重要的影响.然而,在气候变暖的情况下,构成高原地表水资源的各个组分,如冰川、湖泊、河流、降水等水体的相变及其转化却鲜为人知.湖泊是青藏高原地表水体相变和水循环的关键环节.湖泊面积、水位和水量对西风和印度季风的降水变化非常敏感,但湖泊面积和水量变化在不同区域和时段的响应也不尽相同.湖泊水温对气候变暖具有明显响应,湖泊水温和水下温跃层深度的变化能够对水—气的热量交换具有明显影响,从而影响了区域蒸发和降水等水循环过程.由于湖泊水量增加,高原中部色林错地区湖泊盐度自1970s以来普遍下降.根据60多个湖泊实地监测建立的遥感反演模型研究发现,2000—2019年湖泊透明度普遍升高.对不同补给类型的大湖水量平衡监测发现,影响湖泊变化的气象和水文要素具有较大差异.在目前的暖湿气候条件下,青藏高原的湖泊将会持续扩张.为了深入认识湖泊变化在青藏高原区域水循环和气候变化中的作用,需要全面了解湖泊水量赋存及连续的时间序列变化,需要深入了解湖泊理化参数变化及对湖泊...     

The Pn wave velocities and the relief of Moho in the Tibetan Plateau

Eleven PASSCAL broadband digital seismic stations were employed in the Tibetan Plateau by the Sino-US team from September, 1991 to June, 1992. Seven of them were distributed along the Qinghai-Tibet highway, others in Maqin and Yushu of Qinghai Province, Linzhi and Xigatze of Tibet. The data included 31 local earthquakes recorded by these stations from July, 1991 to January, 1992. Considering the characters of digital data, we identified the seismic phases carefully in several methods using SAC softwares (Seismic Analysis Code) in SUN workstation. We compared the seismic phases after converting the seismograms of the single stations to the seismic profiles; analyzed the first arrivals of P waves in the incident planes by rotating 3 component seismic records; identified the seismic phases from the particle motion pictures. The Pn apparent velocities were calculated in the distance range of 230–1200 km from Linzhi earthquakes, western Changtang earthquakes, Xitieshan and Gonghe earthquakes and the earthquakes in India. The results show that the Pn velocities change slightly in the Tibetan Plateau (8.0–8.1 km/s). These values near the velocities at the uppermost mantle of the normal continents. The Moho undulation in the Tibetan Plateau was also studied by using Pn data by the time-term method. The primary results indicate that the Moho beneath the Tibetan Plateau is flat, and its depths are 67–70 km. The Chinese version of this paper appeared in the Chinese edition ofActa Seismologica Sinica,14, Supp., 593–600, 1992.