沿120°E中纬度对流层—平流层下部气候变化及与臭氧变化的联系

利用1958~1995年海拉尔、沈阳、南京三地区地面至30 hPa标准层月平均气温资料,研究了近40年沿120°E、30°~50°N区域气候变率随高度、纬度和季节的分布特征,前、后两个20年气候变率的变动及其与亚欧不同地区臭氧变化的联系。结果指出：近20年来,该区域对流层中下部变暖速率随纬度显著增大,尤其在冬季;200 hPa以上变冷速率亦随高度及纬度显著增大,尤其在冬、春季。而前、后两个20年,高、低层气候变化趋势截然相反,这是一种年代际尺度气候变化。三地区各季节平流层下部变冷率（对流层中下部变暖率）随纬度增高而加大与邻近同纬带地区臭氧减少率随纬度增高而加大的现象基本对应,表明平流层下部因臭氧减少引起的辐射加热减少,可能是支配我国东部平流层下部变冷率（对流层中下部变暖率）随纬度增高而显著加大的一个重要因子。     

全球变化条件下的平流层大气长期变化趋势

两个因素将对21世纪平流层气候变化产生重要作用。一个是温室气体增加,另一个是平流层臭氧的可能恢复。温室气体增加的辐射效应一方面造成地面和对流层变暖,另一方面却导致平流层变冷,而臭氧层恢复的辐射效应则导致平流层变暖。在温室气体增加和臭氧恢复这两种相反因素作用下的平流层温度如何变化是所关心的主要问题。为了预估平流层温度在21世纪的变化,使用了辐射—对流模式进行了敏感性实验,另外,也对他人进行的化学—气候耦合模式（CCM）模拟结果进行了分析。这些模拟结果表明,在21世纪平流层中上层（60～1 hPa）将变冷,而下层（150～60 hPa）变暖。这说明在平流层中上层温室气体的冷却效应将起主导作用,而臭氧恢复的加热效应在平流层下层相对更为重要。CCM的模拟结果表明,臭氧恢复最显著的区域在平流层上层（3 hPa附近）,与最大降温区一致,说明温室气体增加将有利于平流层上层臭氧恢复。CCM的模拟结果还表明,平流层两极地区在冬半年存在变暖的现象。根据已有的研究结果,极区变暖与平流层行星波活动增强有关,动力、热力和化学之间的正反馈作用也有可能对极区变暖有重要的贡献。     

中国华东高海拔地区春夏季臭氧质量浓度变化特征及来源分析

利用统计方法和数值模拟对2008年4月18日-7月28日和2009年5月19日-8月20日在黄山光明顶的两次外场观测中臭氧（O3）数据进行了分析,讨论了中国华东高海拔地区O3的质量浓度特征和来源。结果表明,5、6和7月的月平均质量浓度分别为107．73、101．93和68．02μg·m^-1,其中5月和6月的月平均质量浓度相对于国内其他本底站（除上甸子外）以及南极地区高出25～60Iμg·m^-1,7月与其他地区质量浓度相差较少。该地区的0,质量浓度相对于其他地区整体上维持在一个较高的水平,但高质量浓度超标事件发生的次数很少,只占总观测时间的3．9％。质量浓度EI最大值多出现在夜间21时一次日06时（北京时间,下同）,呈多峰分布,并且变化幅度很小,在15—20μg·m^-1,通过利用WRF（Weather Research and Forecasting）模式模拟当地上空对流层顶高度和晴空湍流等要素的变化发现,O3质量浓度和对流层顶折叠现象有关。不同天气条件下,其质量浓度在晴天最高,雨天最低,雾天和阴天在二者之间。臭氧质量浓度与温度、相对湿度和其他污染气体（CO、N0和NO3）浓度之间有很强的负相关,而与风速相关性相对较弱;5月北面来风占主导,各风向所对应的O3质量浓度分布较均匀,而6月和7月西南风占主导,北面来向的风对应的质量浓度要高于南面来向。在利用KZ过滤器将O3原始数据分解成不同组份后,发现当地O3质量浓度整体上受低频组份（CBL组份）的控制,其余各高频组份（CSY、CDU和CID组份）只是会使其质量浓度在基准线附近波动。随后对发生在2009年5月28—31日和6月12—15日期间的两次0,质量浓度超标事件中CSY、CDU和CID对基线的贡献做了定量分析。     

中国大气臭氧探空仪的研制和应用

地球大气中的臭氧一直是全球气候和环境变化研究中的重要内容。大气臭氧探空系统是当前直接获得地球大气臭氧垂直结构资料的直接探测系统，同时也是为卫星臭氧探测和激光雷达臭氧探测等提供对比和定标的有力手段。中国大气臭氧探空仪的研制工作起步较晚且进展缓慢，这在一定程度上妨碍了中国大气臭氧高空探测业务化的进程。首次报道了中国大气臭氧高空探测业务化进展状况，重点报告中国自行研制的大气臭氧探空仪的结构和技术性能指标，讨论了中国大气臭氧探空仪主要技术性能指标与芬兰Vaisala臭氧探空仪的比对结果，并给出该系统在北京、南极等地区应用施放中所得到的部分探测结果。同时对中国大气臭氧高空探测业务化方面的近期任务提出了建议。     

热带平流层与对流层之间相互作用的研究进展

以热带平流层和对流层大气中的准两年振荡和ENSO现象,以及热带平流层和对流层交换（STE）过程为主轴,介绍了热带平流层和对流层大气相互作用方面的一些研究进展。众多的研究结果表明,平流层准两年振荡（QBO）和对流层准两年振荡（TBO）存在潜在联系,但二者之间相互作用的物理机制还不是很清晰。QBO对平流层大气中化学成分的空间分布具有显著的影响,但其中的化学-辐射-动力反馈作用目前还未得到充分的研究。以往的研究提供了ENSO影响热带平流层大气令人信服的证据,但影响的程度和范围还未形成一个共识,其中一个原因是平流层内的ENSO信号受到火山喷发和太阳活动的干扰。一些研究指出ENSO事件通过改变行星波的强度和传播对极地平流层大气产生影响,而平流层过程也会对ENSO的发生、发展和演变产生影响,但其可靠性需要进一步的确证。目前,一个较一致的结论是全球变暖会导致热带上涌增强,STE加快。然而,影响热带STE的大气过程较多,特别是季风系统和热带深对流系统对STE的贡献还需要深入的分析研究。      

北半球冬季平流层强、弱极涡事件演变过程的对比分析

利用1958～2017年逐日的NCEP/NCAR再分析资料对北半球冬季平流层强、弱极涡事件的演变过程进行了对比分析,同时比较了有平流层爆发性增温（SSW）和无SSW发生的两类弱极涡事件的环流演变和动力学特征。结果表明,强极涡的形成存在着缓慢发展和快速增强的过程,而弱极涡事件的建立非常迅速;和强极涡事件相比,弱极涡事件的峰值强度更强,异常中心的位置更高。此外,强、弱极涡事件的产生与波流相互作用的正反馈过程密切相关。对于强极涡事件,发展阶段的太平洋—北美（PNA）型异常削弱了行星波一波;当平流层西风达到一定强度,上传的行星波受到强烈抑制,使得极涡迅速增强达到峰值。而对于弱极涡事件,发展阶段一波型的异常增强了行星波上传,通过对纬向流的拖曳作用使得平流层很快处于弱西风状态,更多行星波进入平流层导致极涡急剧减弱甚至崩溃。针对有、无SSW发生的两类弱极涡事件的对比分析表明,有SSW发生的弱极涡事件发展阶段,平流层出现强的向上的一波Eliassen-Palm（EP）通量异常,通过正反馈过程使得一波和二波上传同时增强而导致极涡崩溃;无SSW发生的弱极涡事件发展阶段,平流层缺乏向上的一波通量,二波活动起到重要作用,其总的行星波上传远弱于有SSW发生的弱极涡事件。对于无SSW发生的弱极涡事件,其发展和成熟阶段对流层上部出现类似欧亚（EU）型的高度异常,伴随着强的向极的EP通量异常,导致对流层有极强的负北极涛动（AO）型异常。而有SSW发生的弱极涡事件发展阶段对流层上部主要表现为北太平洋上空来自低纬的波列异常,其后期的对流层效应更加滞后也不连续,对流层AO异常的强度明显弱于无SSW发生的弱极涡事件。     

1979年2月平流层持续性暖平流与阻塞形势的相互联系

本文利用1979年2月的FGGE资料,诊断分析了北半球冬季平流层内持续性暖平流与对流层阻塞形势的相互联系。分析指出:北大西洋平流层持续性暖平流提供了对流层阻塞形势形成、维持的可能机制和引起对流层内持续的暖平流强度随高度减小的形势,通过斜压机制造成北大西洋阻塞高压在对流层内形成和维持。 垂直运动场的分析表明:平流层持续性暖平流作为一种强的引导,从对流层到平流层产生强烈上升运动,在对流层上层和平流层下层高压脊后产生强的辐散,反气旋性涡度使得下游高压脊发展。文中还指出:平流层内暖平流与对流层阻塞高压同时具有持续性、区域性及准静止性的特点。     

基于7Be、210Pb和210Po的厦门岛沿岸地区大气过程示踪研究及辐射剂量评估

本研究测定了2015年1~7月厦门市大气气溶胶中的7Be、210Pb和210Po,利用多核素联合示踪研究了相关的大气过程.结果表明7Be和210Pb在1、3和4月份具有较高的活度水平和较大的活度变化范围,在6~7月份降低到相对较低的活度水平和一个相对较小的变化范围,不同的气团来源、对流混合及清除机制是其主要的控制因素.相对于7Be,7Be和210Pb同位素对对臭氧(O3)具有更好的相关关系.基于210Pb和210Po的数据计算出厦门市大气气溶胶停留时间为21~188 d,平均值为87 d.通过辐射剂量评估发现这3种放射性核素对人体所产生的年待积有效剂量仅为5.31μSv,近似为天然辐射本底的千分之一.     

对流层强迫与平流层暴发性增温

采用平流层准地转－β通道近似下的波流相互作用模型，考虑大气行星波１和波２与流的相互作用，以平流层底部边界强迫波波１和波２的振幅作为参数，对该模型的分岔特性进行了研究．结果表明，系统具有稳态解支Ａ，Ｂ，Ｃ，在某些参数范围内，多种稳态解同时存在．解支Ａ对应于平流层冷冬状态，解支Ｃ对应于平流层增温状态．由于参数变化系统在稳态解Ａ和Ｃ之间发生灾变是冬季平流层暴发性增温的原因．文中给出了二维参数空间中的分岔集，它表明了对流层顶的波动对平流层暴发性增温的控制作用，能很好地解释观测事实．     

ECMWF和HALOE平流层温度资料对比

利用ECMWF和HALOE资料,分析了1991~2002年两种资料中温度垂直廓线、平方差水平分布,并通过线性趋势分析方法分析了平流层不同高度温度变化趋势的差异.研究结果表明：在中低纬度地区,10 hPa以下两种资料中温度垂直廓线非常吻合;10~2 hPa高度,HALOE资料中温度比ECMWF资料中温度要高;1 hPa高度上,两种资料也有比较小的差异.在南北半球的中高纬度地区,温度的差异比较明显,整个平流层中,HALOE资料中温度比ECMWF资料中温度要高.平流层中温度的水平分布差异随着高度而增大.中低纬度地区温度差异相对较小,南北半球50°以上地区差异比较大.在平流层的中低层100 hPa、50 hPa和10 hPa高度,两种资料中温度的变化趋势一致,但是HALOE资料中温度的递减趋势要更明显.在平流层高层2 hPa,1996年后两种资料中温度的变化趋势相反.本研究将为平流层温度研究的资料选择提供一定的依据.