北京地区对流层顶变化及其对上对流层/下平流层区域臭氧变化的影响

根据2001～2003年期间获得的大气臭氧探空资料,揭示了北京地区上空对流层顶高度的某些变化特征及其对上对流层(UT)和下平流层(LS)区域内大气臭氧含量变化的影响.结果显示:北京地区上空对流层顶高度的平均值约11.1 km,其变化范围为7.7～14.4 km,臭氧层顶始终处在对流层顶下方约0.9 km高度处.对流层顶高度变化与臭氧总量变化之间的关系相对较弱.通常情况下,LS中的臭氧积分量明显高于UT中的相应值,并且二者呈相反的季节变化特征.北京地区上空仲夏和初秋季节第一对流层顶出现的频数明显减少,在第一对流层顶消失的情况下,LS中的臭氧积分量明显减少,而UT中的臭氧积分量明显增加,臭氧量减少最多发生在200～100 hPa层次中,而臭氧量增幅最大的层次是400～250 hPa.     

北极臭氧垂直分布和天气尺度变化的观测研究

北极地区臭氧对北极气候和环境系统起着重要作用。研究其分布和变化有助于了解北极的气候和环境及其对全球气候系统的影响,有助于气候和环境变化的数值预报。中国北极科学探测1999在北冰洋楚可奇海域成功的进行了大气臭氧观测。通过在中国“雪龙”号破冰船甲板上（于1999年8月18-24日在75°N,160°W附近处）释放大气臭氧探空仪获得了高分辨率的大气垂直结构和臭氧分布资料,可以进行大气尺度的大气臭氧变化研究。分析大气监测资料、TOMS臭氧总量资料和NCEP大气环流资料表明,大气臭氧总量随着对流层顶的低一高一低变化呈高一低一高的变化过程。研究还表明,大气柱的臭氧总量与13公里以下的大气臭氧含量关系密切,而在约20公里处的大气臭氧浓度最大值的变化与整个气柱臭氧的关系不大。500 hPa天气形势图上一个弱一强一弱的西南天气型造成的弱臭氧平流可能是这次臭氧变化的主要原因。     

中国低纬度地区大气臭氧总量的变化特征

分析研究了位于我国低纬地区不同经度的昆明与香港两个站点上空的臭氧分布与演变状况,得出了中国低纬度地区大气臭氧总量的时空演变特征.研究结果显示:(1)香港与昆明两地臭氧的时间变化特征极为相似;(2)整个中国低纬地区的大气臭氧的时间变化趋势是非常一致的,在空间上呈现出东高西低的特征;(3)我国低纬地区的大气臭氧总量在夏季出现极大值,在冬季出现极小值.计算结果还表明,昆明的臭氧总量要小于其所在纬圈的平均值.     

2008年以来青藏高原春季大气温度逆转趋势及其与臭氧总量变化之间的可能联系

利用ERA-Interim和MERRA-2再分析资料,考察1980—2017年青藏高原大气温度变化趋势和规律,年、季、月不同时间尺度分析结果均揭示2008年以来青藏高原春季大气温度变化呈现逆转趋势：高原上空平流层下部150~50 hPa呈现明显的增温趋势（1.0~2.7℃/10a),对流层上部300~175 hPa呈现明显的降温趋势（-3.1~-1.0℃/10a),这与此前的大气温度变化趋势完全相反。利用TOMS和OMI卫星臭氧遥感资料,考察同期青藏高原臭氧总量变化特征,表明2008年以来青藏高原臭氧总量也表现出逆转的增加趋势,与大气温度逆转趋势吻合,从冬末至春季各月均有显著增加趋势,尤以5月臭氧总量增加速率最大,达13.7 DU/10a。青藏高原春季大气温度变化趋势与同期臭氧总量变化特征紧密相关,2008年后臭氧总量的快速恢复可能是引起大气温度逆转趋势的一个重要影响因素。     

北大西洋臭氧极小值和北太平洋极大值及其相互关系

利用1979～2002年TOMS卫星观测资料,采用臭氧总量纬向偏差和区域强迫的分析方法,研究北大西洋东北部大气臭氧低值与北太平洋西北部臭氧高值的季节变化过程和相互关系.研究表明,(1)北大西洋东北部存在一个大气臭氧极小值,年平均臭氧总量比纬向平均值低20 DU以上,冬季低50 DU以上; 北太平洋西北部存在一个大气臭氧极大值,年平均臭氧总量比纬向平均值高35 DU以上,冬季高70 DU以上.(2)上述两个地区大气臭氧的季节变化具有很强的区域特征,区域大气动力学输送和化学过程对上述两个地区大气臭氧季节变化的强迫分别为50.3%和42.6%.(3)上述两个地区大气臭氧纬向偏差的季节变化间存在很好的反相关,相关系数达到-0.98,说明其臭氧区域强迫之间存在良好的关系.     

青藏高原臭氧的准两年振荡

通过对臭氧卫星观测资料及大气环流资料的分析,研究了青藏高原上空臭氧的季节和年际变化.通过分析青藏高原地区臭氧准两年振荡(QBO),并与同纬度无山区及赤道地区臭氧QBO进行比较,指出:青藏高原臭氧QBO的平均周期为29个月,平均振幅为8DU.青藏高原臭氧QBO变化位相与热带平流层纬向风场QBO相反,即热带平流层纬向西风时,青藏高原上空臭氧总量偏小,东风时臭氧总量偏大.还讨论了与青藏高原臭氧QBO相关的大气环流物质输送理论.     

青藏高原对流层顶高度与臭氧总量及上升运动的耦合关系

根据1979-2008年青藏高原地区14个探空站对流层项气压资料以及同期各标准等压面上的温度资料,分析了不同季节高原上空两类对流层顶高度与高空各层温度之间的关系;在此基础上,结合同期的NCEP／NCAR月平均再分析资料以及NASA提供的TOMS／SBUV月平均臭氧总量资料,分别讨论了高原上升运动以及高原臭氧总量与对流层顸高度的耦合关系。结果表明：高原第一（二）对流层顶高度全年处在300～200hPa（100hPa附近）高度,在季节变化、年际变化以及长期变化趋势上,两类对流层顸高度与各自对应高度层上的温度存在着密切的反相变化关系,当对流层顶高度偏高（低）时,相应高度上的温度偏低（高）。上升运动有助于两类对流层顶高度的抬升,尤其是当高空200（100）hPa附近有上升运动时,有利于第一（二）对流层项高度抬升。各季节高原臭氧总量与第二对流层顶高度均呈显著的负相关关系,当臭氧含量减少（增加）时,该对流层顶高度将偏高（偏低）,近年来伴随着高原臭氧总量的减少,高原第二对流层顸高度出现了明显的抬升。     

北极地区楚克奇海域一次强逆温过程的分析

利用中国首次北极科学考察期间所获得的大气边界层资料,分析了楚克奇海域夏季一次强逆温过程.考察期间楚克奇海域上空的大气逆温强度(6.3℃/100 m)远远超过了北极地区夏季的气候平均值(0.5℃/100 m),该大气逆温存在明显的日变化,逆温强度自当地时间00时到18时逐步减弱.考察期间同样存在强大的逆湿结构,逆湿层内最大湿度差为6.4 g m-3.稳定边界层内大气向地面输送感热通量和潜热通量,输送最大值出现在夜间.研究同时段的大气环流资料后表明,考察区域西南的暖湿气流及其变化是造成此次夏季强逆温及其日变化的主要原因.     

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。     

华东地区大气臭氧总量的变化

分析了１９９３年１２月至１９９４年１１月的大气臭氧总量资料并与同纬度全球平均值进行比较，分析了大气臭氧总量的年变化，日变化和季节变化，结果表明，臭氧总量的年 有双峰特征，它的日变化则以中午是较高，早晚较低；季节变化以春季高，冬季低与大气透明度的关系较为密切。     

An empirical model for estimating stratospheric ozone vertical distributions over China

Based on the Stratospheric Aerosol and Gas Experiment (SAGE) II and the Halogen Occultation Experiment (HALOE) ozone profiles and the Total Ozone Mapping Spectrometer (TOMS) total ozone data sets, an empirical model for estimating the vertical distribution of stratospheric ozone over China is proposed. By using this model, the vertical distribution of stratospheric (16–50 km) ozone can be estimated according to latitude, month and total ozone. Comparisons are made between the modeled ozone profiles and the ...     

平流层大气臭氧含量变化特征

利用卫星观测臭氧总含量TOMS（第7版）资料，分析了平流层臭氧含量的变化特征，结果表明，全球臭氧总含量呈下降趋势，准两年振荡是臭氧变化中除年周期外的最显著的变化周期。     

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。     

V7版和V8版TOMS大气臭氧资料比较分析

目前使用的TOMS(Total Ozone Mapping Spectrometer)大气臭氧资料大多为V7版本和V8版本,文章利用1978年11月至2001年12月的版本7和版本8算法反演得到的TOMS臭氧资料,比较分析了两个版本资料之间差异的时空分布特性。结果表明,TOMS公布的V8版本资料与V7版本资料虽然有较好的相关性,但是在数值上存在明显的时空分布差异,尤其在极区更为明显。     

大尺度山地上空的臭氧低值及地面加热

首次利用Ｎｉｍｂｕｓ－７卫星上搭载的臭氧观测光谱仪（ＴＯＭＳ）资料,分析研究了大尺度山地（青藏高原、洛基山脉和安第斯山脉）上空臭氧总量的分布和季节变化规律,指出了大尺度山地对大气臭氧的减少作用。从全球大气臭氧总量分布和纬向偏差分布可以看出：在上述３个大尺度山地上空均存在着明显的臭氧低值扰动,该扰动区夏季强于冬季。在这３个区域中,青藏高原上空的臭氧低值扰动为最强。分析同时指出：上述大尺度山地上空臭氧季节变化的极小值在秋季,极大值在春季。但上述地区臭氧总量与同纬度其它地区臭氧总量的偏差在春季或初夏达到极小值。为分析这种大尺度山地对臭氧减少作用的原因,本文分析了青藏高原地面热源与臭氧总量的关系,指出：大尺度山地表面对大气的加热与该地区臭氧减少之间存在着良好的反相关;在地面对大气的感热加热、潜热加热和有效长波辐射加热中,以感热加热与臭氧减少的关系为最好。     

青藏高原大气臭氧研究

总结了国内外有关青藏高原大气臭氧方面开展的研究工作，并简要地介绍了1996－1999年利用NILUV观测仪器在拉萨地区进行臭氧和紫外辐射观测的初步结论。     

The regional distribution of tropospheric ozone in East Asia from satellite-based measurements

Estimates of tropospheric ozone in the East Asian region were obtained using the TOMS and SAGE II satellite data sets through the application of residual analysis on a regional scale. The resulting tropospheric residual ozone shows seasonal variability with highest values in spring and summer. Latitudinal variations give indications of possible input to the tropospheric ozone column from anthropogenic activity. A strong correlation between residual and TOMS total ozone data during summer time suggests a significant level of photochemical ozone production in this region during this period. Comparisons are made with surface ozone measurements from remotely located sites in Japan and show a similar overall pattern.     

近十五年全球臭氧变化

利用卫星观测臭氧总含量ＴＯＭＳ（第７版）资料,在剔除季节变化后对全球６０°Ｓ－６０°Ｎ范围首先进行了沿纬度分布的线性趋势和周期分析。结果表明：自本世纪７０年代末,各纬带上的臭氧总量都呈下降趋势,强度随纬度升高而加剧,并发现总体上北半球臭氧的下降趋势较南半球更加明显;同时证实了准两年振荡是臭氧变化中除年周期外最显著的周期。并对臭氧变化中的准两年振荡作了遥相关分析;发现准两年振荡在强度和位相上基本呈纬向分布并主要表现出赤道对称的特征。１３５～１７０°Ｅ地区臭氧总量变化所表现出的不同于其它地区的原因可能是这一地区常年频繁出现的对流活动;而臭氧总量下降趋势表现出的北半球同纬度地区均大于南半球的南北半球差异可能是由两半球人类活动的差异引起     

中国4个地点地基与卫星臭氧总量长期观测比较

对我国河北香河、云南昆明、青海瓦里关及黑龙江龙凤山地基观测臭氧总量与不同时期、不同卫星反演的产品差别特点进行比较,评估地基和卫星观测臭氧总量数据的质量信息以及近30年来我国不同区域臭氧总量的变化趋势特征。结果表明:4个站点的地基与卫星观测臭氧总量的绝对和相对差别分别为-5~10 DU和-5%~4%;日平均相对差别基本上呈现随机分布特征。TOMS算法反演的卫星臭氧总量与地基差别总体上要优于与DOAS算法反演的同期产品。地基与卫星臭氧总量差别呈明显的区域特点,可能反映了卫星反演计算中所需的臭氧、温度垂直分布等初始条件的纬度分布差异对卫星产品精度的影响。在过去30年,4个站点的臭氧总量在经历1993年前的显著降低后于1995—1996年逐渐回升,而瓦里关站在2001年前后的回升更为明显。