中国近30a臭氧气候场特征

利用1979—2005年TOMS（total ozone mapping spectrometer）和2006—2007年OMI（ozone mo-nitoring instrument）的卫星观测资料,分析中国地区对流层臭氧含量（tropospheric ozone residue,TOR）、整层臭氧含量（total ozone,TO）的空间分布和季节变化特征,利用二项式加权平均法、Mann-Kendall突变检验法以及小波分析法分析南方典型地区广州臭氧序列的趋势、突变以及周期特征。结果表明,中国地区多年平均对流层臭氧柱含量为35.89DU,东中部地区高于西部,四川东部和重庆西部存在极高值区,青藏高原为极低值区;对流层臭氧夏季平均值最高,冬季最低,春季高于秋季。中国地区多年平均臭氧总量为298.61DU。臭氧总量随着纬度增大而增大,成带状分布,青藏高原为极低值区;臭氧总量春季平均值最大,秋季为最低。南方广州地区的对流层臭氧在1979—2007年之间存在明显的上升趋势,时间变率为0.38DU/（10a）;TOR时间序列在1997年发生突变,存在显著的1a及2a的周期。臭氧总量在1979—2007年之间存在明显的下降趋势,变化率为-2.1DU/（10a）;TO在1993年发生突变,存在显著的2a周期     

北半球中高纬地区冬季大气臭氧与极涡强度关系

为全面了解冬季北半球中高纬度地区臭氧与同期北极极涡强度变化的相关关系,利用1979年1月至2011年12月欧洲中心再分析资料,选取了4个关键区(北极、东亚、北美和西欧),采用相关分析和E-P通量计算方法,分析了两者之间的相关关系并进行了机制研究。结果表明:(1)冬季北极平流层臭氧总量与极涡强度的负相关关系较好;(2)当极涡强(弱)年,极圈内和外围的北美部分地区臭氧总量显著减少(增加);(3)极涡强度弱时,上传到平流层的涡动热通量强,北半球中高纬地区E-P通量散度辐合增强,剩余环流加强,将导致该地区得到低纬高浓度臭氧的补充而使得臭氧含量增多;(4)1979-2011年上传到中高纬平流层的波动通量增加,造成极区温度增加,进而抑制非均相反应发生而使得极区臭氧含量增加。     

近30a北极平流层臭氧的季节和年际变化特征

综合利用1978-2011年TOMS（Total Ozone Mapping Spectrometer）和OMI（Ozone Monitoring Instrument）臭氧总量资料,MLS（Microwave Limb Sounder）臭氧廓线资料以及NCEP/NCAR再分析气象场资料,对比研究了近30a南北极臭氧总量的年际变化和季节变化差异,重点分析了2010/2011年冬末春初北极臭氧出现的异常损耗现象,探讨北极春季臭氧低值产生的原因。结果表明：与南极地区一年四季都保持一个臭氧低值中心明显不同,北极臭氧总量的减少则是伴随着整个春夏季（4-8月）,在秋季（10月）达到最低值,冬季（11月-次年2月）北极臭氧快速恢复,这主要是由于南北半球极地地区环流差异和温度差异造成的。南北两极年均O3总量呈下降趋势,两极地区O3总量年际变化最大的季节是春季。近30a,北极在1997和2011年春季（3-4月）分别达到极低值355DU和361DU,但近年来两极臭氧年际变化趋势不明显。2011年春季,北极地区出现的较严重臭氧低值现象从3月中旬至4月中旬持续了近1个月,2010/2011年冬春季平流层低温和臭氧低值对应关系很好。     

江西地区冬季气温异常与北半球500hPa高度场的关系

利用1960—2011年江西省81个台站月平均气温观测资料和NCEP/NCAR北半球逐月500 hPa高度场再分析资料,分析了江西地区冬季(当年12月至次年2月)气温异常的时空特征、冷暖典型年500 hPa高度距平场特征以及气温异常与北半球500 hPa高度场的相关性,并运用奇异值分解(SVD)方法探讨了北半球500 hPa高度场异常与江西地区冬季气温异常之间的耦合关系。结果表明:(1)江西地区省冬季气温以全区一致的变化为主;(2)影响江西地区冬季气温异常的500 hPa高度场关键区为北大西洋(20.0°—42.5°N,10°—70°W)和欧亚地区(25.0°—72.5°N,40°—150°E),影响时段分别为当年7月(前期)和当年冬季(同期);(3)前期7月北大西洋关键区500 hPa高度场与江西地区冬季气温呈显著的正相关关系,其中最显著的区域为赣北地区;冬季欧亚大陆关键区500 hPa高度场与江西地区冬季气温也呈显著的相关关系,其中最显著的区域为赣北、赣中地区。     

中国东北南部地区冬季气温异常的海气背景分析

利用1951—2005年中国沈阳、通化、营口、丹东气温和北半球500 hPa高度及北太平洋海温资料,分析了中国东北南部地区冬季气温的异常变化及其海气背景。结果表明:中国东北南部地区冬季气温具有明显的年代际变化特征;冬季异常冷暖年份,其同期与前期500 hPa高度和海温距平场分布具有明显不同;前期春季(3—5月)贝加尔湖高压和西太平洋副热带高压的强弱变化,西风漂流区海温、赤道东太平洋关键区海温及2个海区海温距平差,对中国东北南部地区冬季气温的异常变化均具有较好的预测指示意义。前期夏季(7—9月)赤道东太平洋关键区海温对中国东北南部地区冬季气温异常变化具有指示性。     

近6a东北地区大气臭氧总量变化特征及其与气温的关系

利用TOMS大气臭氧总量格点资料分析了东北地区近6a(1996年8月—2002年7月)臭氧的分布特征、季节变化、变化趋势及其对气温变化的影响,并与1979—1992年的变化情况作了对比分析。结果表明:东北地区处于北半球大气臭氧高值中心的边缘,臭氧总量呈随纬度增加的分布形式,近6a区域年均值为361Du;冬春季总量较大、夏秋季较小,其中8月最小,3月最大;1979—1992年臭氧存在明显的下降趋势(冬季最为显著),下降趋势高纬大于低纬,近6a整个区域没有系统性下降趋势;1979—1992年对流层中下部显著变暖、对流层上层和平流层低层显著变冷,且变暖率与变冷率均随纬度增高而加大,而近6a气温变幅很小,这与臭氧变化趋势基本对应,表明臭氧的辐射加热是影响平流层低层、对流层高层温度场的重要因素,同时它对对流层低层气温的影响值得进一步关注。     

青藏高原春季不同地区臭氧和大气温度变化趋势的差异性

利用1979—2018年太阳后向散射紫外辐射计SBUV(/2)星下点臭氧遥感资料,结合ERA-Interim和MERRA-2大气温度再分析资料,考察青藏高原区域内拉萨和共和两地春季臭氧和大气温度变化趋势的差异性。结果表明拉萨和共和两个地区的臭氧和大气温度逆转趋势均发生于1999年。对比2008年以来青藏高原整体臭氧总量变化速率（4.5 DU/(10 a)),拉萨臭氧总量变化更快,为5.9 DU/(10 a),共和相对较慢,仅为3.7 DU/(10 a);同时,1999年以来拉萨和共和春季下平流层（100~30 hPa）大气温度分别以0.5~1.4℃/(10 a)和0.01~0.9℃/(10 a)速率增加,上对流层(250~175 hPa)大气温度分别以0.2~1.5℃/(10 a)和0.2~1.2℃/(10 a)速率降低。与2008年以来高原整体大气温度变化相比较,均慢于高原下平流层（125~70 hPa) 1~2℃/(10 a)的增温速率,快于高原上对流层（225~175 hPa）0.4~1.1℃/(10 a)的降温速率。两地臭氧与大气温度的相关系数和回归系数计算结果表明,拉萨和共和两个地区1999年以来春季臭氧恢复速率的不同是导致两地同期下平流层-上对流层温度逆转速率差异的重要因子之一。     

近6 a东北地区大气臭氧总量变化特征及其与气温的关系

利用TOMS大气臭氧总量格点资料分析了东北地区近6a(1996年8月-2002年7月)臭氧的分布特征、季节变化、变化趋势及其对气温变化的影响，并与1979—1992年的变化情况作了对比分析。结果表明：东北地区处于北半球大气臭氧高值中心的边缘，臭氧总量呈随纬度增加的分布形式，近6a区域年均值为361Du；冬春季总量较大、夏秋季较小，其中8月最小，3月最大；1979—1992年臭氧存在明显的下降趋势(冬季最为显著)，下降趋势高纬大于低纬，近6a整个区域没有系统性下降趋势；1979—1992年对流层中下部显著变暖、对流层上层和平流层低层显著变冷，且变暖率与变冷率均随纬度增高而加大，而近6a气温变幅很小，这与臭氧变化趋势基本对应，表明臭氧的辐射加热是影响平流层低层、对流层高层温度场的重要因素，同时它对对流层低层气温的影响值得进一步关注。     

卫星观测的中国地区1979—2005年对流层臭氧变化趋势

利用卫星数据分析了我国全境及不同区域对流层臭氧(O3)柱含量1979—2005年全年和不同季节的长期变化趋势,及不同季节对流层O3柱含量与南方涛动指数的关系。结果表明,对流层O3柱含量在夏季有微弱的上升趋势,其他季节呈下降趋势,但总体变化趋势并不显著;在珠三角和四川盆地地区四季总体呈下降趋势;在华北地区除了冬季之外,其他季节以及全年平均均为增长趋势,最高的增长率出现在夏季,达到1.10DU/10a。南方涛动强度的变化与我国一些地区的对流层O3变化呈显著相关,但华北地区对流层O3的增长趋势与大气环流变化的关系不明显。     

北半球大气臭氧和气温的关系

本文根据北半球21个臭氧站1979年7月1—31日逐日日平均臭氧总量与日平均10—200hPa气温资料,分析了逐日臭氧变化与气温变化的相互联系和影响。结果发现,臭氧总量变化落后于50—200hPa层气温变化,超前于5—50hPa层气温变化。     

极区大气臭氧总量变化特征及其对大气温度的影响

利用ＴＯＭＳ资料分析了南北极区大气臭氧总量的多年趋势变化,年际变化,季节变化及周期性变化特征。结果表明,近十余年来南北极区大气臭氧总量都是下降的,并且存在转折现象,但两者具有不同的多年变化特征和地理分布特征;南北极区的臭氧减少都是春季下降最快;南北极区存在不同的周期振荡现象,南极地区比北极地区表现出更强的周期振荡特征．     

北半球春季大气臭氧变化特征及其对大气温度和环流场的影响

该文利用美国1978～1993年TOMS臭氧资料以及NCEP提供的全球再分析资料,研究北半球大气臭氧变化特征及其对大气温度和环流的影响.研究表明1987年前后北半球40°N以北的中高纬地区春季大气臭氧柱总量的趋势变化存在明显的突变,大部分地区突然减少,与其相对应的对流层(平流层)平均温度突然升高(降低),300 hPa(30 hPa)层位势高度也突然增高(下降).但是在北大西洋北部和哈德逊湾地区大气臭氧柱总量却突然增加,与其相对应的对流层(平流层)平均温度突然降低(升高),300 hPa(30 hPa)位势高度突然下降(增高),平均温度突然升高(降低 )1～2°C.研究还表明,大气温度和环流的趋势变化主要是由于大气臭氧的趋势变化所引起.另一方面,在同一地区1979～1992年春季大气臭氧柱总量强弱异常年的大气温度场和环流场的差异也存在相同的分布特征,这一事实进一步说明大气臭氧柱总量的多少是决定大气温度场和环流场差异的重要原因.     

黄河上游地区冬季气温异常变化分析

利用1951-2005年西宁、兰州、临夏气温资料和北半球500hPa高度、海平面气压及北太平洋海温资料,分析了黄河上游地区冬季气温的异常变化及其海气背景。发现：黄河上游地区冬季气温变化在20世纪50、60年代较低,从20世纪70年代开始出现逐年代升高的趋势。黄河上游地区冬季异常冷暖年份,其同期和前期500hPa高度和海温距平场分布具有明显不同;前期夏季贝加尔湖阻塞高压强度指数和500hPa北太平洋西风漂流区的关键区高度指数,前期春季西风漂流区关键区海温均对黄河上游地区冬季气温具有很好的预测指示意义。     

中国西北地区最高、最低气温的非对称变化

利用中国西北地区4个台站1932～1992年月平均最高气温(Tmax)、最低气温(Tmin)及气温日较差(DTR),1971～1992年总云量及低云量资料,分析了西北干旱区最高、最低气温的非对称变化和可能影响因子,并与华北地区、中国东部及北半球进行了比较。发现中国西北地区普遍存在非对称变化现象,可分为3种类型:①西北东部型,以西安、兰州为代表,Tmax显著下降,最大达-0.31℃/10a;Tmin显著上升,最高为0.41℃/10a;②西北中部型,以安西为代表,Tmax和Tmin都显著下降,但Tmax下降幅度大于Tmin;③西北北部型,以乌鲁木齐为代表,Tmax和Tmin都显著上升,但Tmin上升幅度大于Tmax。Tmax下降主要表现在夏季,Tmin上升主要表现在冬季,DTR在所有季节均显著下降,最大为-0.79℃/10a,冬季、春季、秋季及年下降幅度较大,夏季较小。与华北地区和中国东部相比,西北地区非对称变化的幅度更大,DTR大1～4倍。也大于北半球的变化幅度。总云量与DTR,Tmax有显著的负相关,东部高于中部和北部,最高可达-0.92,低云量的影响不大。     

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。     

山东省近40a来的气温和降水变化趋势分析

本文利用非参数检验法(Mann-Kendall法)分析了山东省15个站点近40 a(1958—1998)来气温和降水的长期变化趋势。结果表明:全省气温除西南的莘县、兖州有下降趋势外,大部分地区呈现上升趋势,全省平均上升0.06℃/10a。分季情况为:春季和冬季气温有上升趋势,其中冬季气温上升对全省气温上升的贡献率最大。夏季气温基本保持不变,秋季气温有下降趋势。全省除济南降水量呈略微上升趋势外,其余地区的降水倾向率均为负值,全省的降水倾向率为-3.05 mm/a。表明山东省自1960年以来,年均降水量呈现减少趋势。减少幅度东南部大于西北部,以东南沿海平均减少幅度最大。     

我国臭氧总量的时空分布特征

根据臭氧总量的地理分布特征,把我国划分成7个区域,利用卫星观测的TOMS和SBUV资料对这7个区域上空的臭氧总量多年(1979—2003年)的纬向偏差分布、年际变化、周期分布等特征进行了分析。结果表明,东部地区的臭氧总量常年大于西部地区的臭氧总量,青藏高原、西北高原与东部同纬度地区相比,在夏季差别最大,冬季最小。四川盆地上空的臭氧总量常年比周围地区要高。研究还表明,每个区域都存在准2 a、4~5 a和8~10 a的周期振荡。     

1997年和2011年春季北极臭氧损耗事件的对比分析

采用SLIMCAT化学传输模式以及再分析资料,对比分析了1997和2011年北极地区平流层臭氧异常偏低事件及其成因。结果表明,1997和2011年3月北极地区大气臭氧柱总量（TCO）异常值都达到了约-80 DU,并且在30-200 hPa（中下平流层）区域的大气臭氧柱总量异常约占整层大气臭氧柱总量异常的80%。分析表明发生在这两年的极端臭氧偏低事件均可能是由于上一年冬季的拉尼娜事件导致上传的行星波减少,使得北极极涡加强,平流层温度异常偏低,生成了更多极地云,引起更强的臭氧化学损耗导致的。对比这两年的大气臭氧柱总量变化发现,2011年的柱总量减少得更快。2011年北极地区上对流层下平流层（UTLS）区域臭氧下降要明显强于1997年,其主要原因应该是2010-2011冬季的拉尼娜活动更强,北太平洋海温更高,进一步减弱阿留申低压和平流层波活动。这导致2011年极涡温度异常偏低更强烈,形成了更多的极地平流层云甚至出现了第二类极地平流层云,最终加速该年春季的臭氧化学损耗引起的。     

利用HALOE资料分析中层大气中水汽和甲烷的分布特征

采用SLIMCAT化学传输模式以及再分析资料,对比分析了1997和2011年北极地区平流层臭氧异常偏低事件及其成因。结果表明,1997和2011年3月北极地区大气臭氧柱总量（TCO）异常值都达到了约-80 DU,并且在30-200 hPa（中下平流层）区域的大气臭氧柱总量异常约占整层大气臭氧柱总量异常的80%。分析表明发生在这两年的极端臭氧偏低事件均可能是由于上一年冬季的拉尼娜事件导致上传的行星波减少,使得北极极涡加强,平流层温度异常偏低,生成了更多极地云,引起更强的臭氧化学损耗导致的。对比这两年的大气臭氧柱总量变化发现,2011年的柱总量减少得更快。2011年北极地区上对流层下平流层（UTLS）区域臭氧下降要明显强于1997年,其主要原因应该是2010-2011冬季的拉尼娜活动更强,北太平洋海温更高,进一步减弱阿留申低压和平流层波活动。这导致2011年极涡温度异常偏低更强烈,形成了更多的极地平流层云甚至出现了第二类极地平流层云,最终加速该年春季的臭氧化学损耗引起的。     

北极涛动、极涡活动异常对北半球欧亚大陆冬季气温的影响

利用1951-2012年NCEP/NCAR全球月平均500 hPa高度场、气温场等再分析资料,北极涛动（AO）指数,北半球及其4个分区的极涡指数等资料,分析极涡和AO对北半球特别是欧亚大陆冬季气温异常分布的影响。北半球极涡面积指数与北半球气温相关场呈由北向南的“+、-”分布,显著正相关中心位于极区,显著负相关中心位于欧亚大陆中高纬度地区;AO指数与气温的相关场分布与此反位相。极涡各分区面积指数体现与各大洲气温显著相关的地域特征,尤其是亚洲极涡面积指数比AO的相关区域更偏向亚洲和中国东部及沿海地区,能表征亚洲大陆冬季风向中低纬度爆发的某些特征。2006年以来AO指数呈较明显的下降趋势,北半球、亚洲区极涡面积指数呈显著的上升趋势,这是有利于欧亚大陆近几年连续冬季气温异常偏低的年代际背景;2009-2011年北半球欧亚大陆冬季大范围低温事件,不仅与冬季AO负位相明显变强有关（2011年除外）,与北半球以及亚洲区极涡面积指数偏大联系更为密切,亦表明该区域冬季变冷的自然变率明显增强。