Study on Atmospheric Ozone in East Asia with Satellite Observation

ＳｔｕｄｙｏｎＡｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃＯｚｏｎｅｉｎＥａｓｔＡｓｉａｗｉｔｈＳａｔｅｌｌｉｔｅＯｂｓｅｒｖａｔｉｏｎＺｈａｏＢｏｌｉｎ（赵柏林）；ＬｉＷａｎｂｉａｏ（李万彪）ａｎｄＺｈｕＹｕａｎｊｉｎｇ（朱元竞）（ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＧｅｏｐｈｙｓ...     

沈阳地区对流层顶气候特征分析

对1977～1992年1,4,7,10月沈阳第一和第二对流层顶月平均高度和温度数据进行分析。结果表明:沈阳是以第一对流层顶为主的地区,第二对流层顶只有夏季发生频率较高;第一对流层顶的高度、温度以及出现频率都表现出明显的季节变化特征,其中高度在1月最低,7月最高;温度在3月最低,8月最高。第二对流层顶高度的季节变化表现为冬春季高、夏秋季低。温度表现为冬季高,夏季低。第一对流层顶在各个月份温度都随高度增高而降低,降幅1月最小,7月最大,4月和10月居中。第二对流层顶温度随高度变化只在7月显著递减;第一对流层顶高度在10月显著降低,降幅为453m/10a,其他月份变化趋势不明显。第一对流层顶在7月显著降温,降幅为1·8℃/10a,10月增温显著,升幅为2·0℃/10a。第二对流层顶高度在不同月份都表现出弱升高趋势,但不显著。1月和10月的降温和升温显著,降幅和升幅分别为1·7℃/10a和1·2℃/10a。     

On the Spatio-Temporal Variations of the Tropopause Height over India and Indian Summer Monsoon Activity

The spatio-temporal variation of the tropopause height (TH) over the Indian region (5°N-35°N, 70°E-95°E) has been studied using monthly mean TH data, for 22-year period, 1965 to 1986. The study revealed that the stations south of 20° showed maximum TH in April / May and minimum in September. This variation in TH has been attributed to the corresponding variation of average sea surface temperature (SST) over ± 20° latitudinal belt over Indian Ocean, Arabian Sea and Bay of Bengal. Further the stations north of 20°N showed maximum in June and minimum in October/ November. This maximum in TH has primarily been attributed to the increased insolation and convection. Furthermore it is noticed that the anomaly of TH moved northwards during the period April to July.The interannual variability of the Indian Summer Monsoon Activity (ISMA) has been studied in relation to all India mean TH (at 12 GMT) for six months April through September. The composites of mean TH for good and bad monsoon years showed that     

赤道西太平洋强东风带特征及其形成机制的诊断分析

利用１９９３年ＥＮＳＯ事件（４月）爆发前酝酿阶段，ＴＯＧＡ／ＣＯＡＲＥ关键区强化期（１９９２年１１月－１９９３年２月）立体观测实验“向阳红五号”科学考察船定点（１５５°Ｅ，２°Ｓ）高空大气探测资料，分析了西太平洋暖海域上空对流上升区西侧风的垂直变化，指出：对流层上、下部各有一强风带，随着海－气ＥＮＳＯ异常的发展，高空强东风带和低空强西风带均呈增强趋势，最强时分别连续１４天和１８天达到急流标准，占相     

近51年我国对流层顶高度的变化特征

利用NCEP/NCAR的对流层顶气压多年月平均和逐月平均再分析资料,运用EOF和REOF方法对近51年中国对流层顶高度的空间分布和时间演变特征进行了详细分析。结果表明,中国地区热带对流层顶(第二对流层顶)和极地对流层顶(第一对流层顶)的边界线,2月最南,8月最北,较高的热带对流层顶从2月开始,逐渐北进,8月到达最北界(44°N附近),然后开始南退,2月其北界处于最南端,在29°～30°N附近;我国29°～44°N之间的中纬度地区,对流层顶高度的年变化幅度较大;对流层顶高度场有三种主要的模态:第一种为全区一致的偏高(偏低)型;第二种为南高(低)北低(高)的南北相反分布型;第三种为南北地区-中部地区相反分布型。对对流层顶高度场进行REOF分解可将中国地区分为6个气候分区,即华南区、新疆区、东北区、华北区、长江流域区和青藏高原区,各区对流层顶高度最大值一般都出现在夏季,最小值出现在冬季,只有华南区的最大值出现在春季,最小值出现在夏季。中国地区对流层顶高度的年际变化和长期趋势具有十分明显的区域性。     

1979-2008年华北地区对流层顶高度变化特征

利用1979—2008年华北地区12个测站逐日对流层顶探空资料,运用统计学方法对该地区不同类别对流层顶发生及其高度的季节特征进行探讨,并采用线性趋势、小波分析和EOF分解等方法对其高度变化等气候特征进行分析,揭示了该地区对流层顶的季节特征及其高度变化的基本事实和规律。结果表明：华北地区第一对流层顶冬季出现多,夏季少,近30a来呈减少趋势,第二对流层顶夏季出现多,冬季少,近30a来呈增加趋势;全年均出现复合对流层顶,且在季节转换时期出现频率较高;第一对流层顶高度年变程呈双峰型,夏季高,冬季低,第二对流层顶高度年变程呈单谷型,冬季高,夏季低,春、秋季介于两者之间;两类对流层顶高度变化均存在5-6a的周期,第二对流层顶相比具有更多时间尺度周期变化。近30a间华北地区第一、第二对流层顶年平均高度变化均呈升高趋势,且与其上下层间平均温度有关。     

梅雨发生前对流层顶及平流层异常信号的分析

利用NCEP和欧洲中心的ERA-Interim再分析资料结合中国国家气候中心的20a梅雨观测资料,分析了梅雨发生前江淮地区对流层顶和位涡的异常以及北半球环状模指数的变化。研究表明,江淮地区在梅雨开始前3—5天会出现对流层顶的下降,且高度的经向变化比纬向变化更为明显。对流层顶的降低与北方冷空气的南下入侵、东亚季风的爆发以及急流轴北跳引起的频繁的对流层顶折卷过程有关。对流层顶的下降伴随着来自平流层的高位涡冷空气的入侵。而梅雨发生前江淮地区上空对应正位涡异常,这一异常的建立和维持与贝加尔湖、西西伯利亚、鄂霍次克海附近的正位涡异常有关;而梅雨发生前江淮地区平流层温度达到极大值,梅雨爆发后开始下降,纬向风则处于西风到东风的转换期。梅雨期的总降水量与对流层上部平流层下部的北半球环状模指数存在一致的正相关关系,而在梅雨发生前15—30天,这种相关性尤为显著。这一结果说明,在对流层顶附近的北半球环状模指数对梅雨期降水量的预测有较好的指示意义。     

热带平流层准两年振荡对热带对流层顶和深对流活动的影响

利用NCEP/NCAR再分析资料通过合成分析的方法研究了热带平流层准两年振荡(QBO)影响热带对流层顶及深对流活动的基本特征及可能的物理机制。研究发现,QBO对对流层顶和大气射出长波辐射(OLR)的影响存在明显的季节和空间上的差异。QBO对对流层顶和OLR的影响在冬、秋季最大,春、夏季相对较弱。与QBO造成的对流层顶高度和温度异常所不同是,QBO造成的OLR异常并没有呈现出一样的沿热带的带状分布特征,OLR异常沿赤道区域有正有负。另外,QBO对OLR的影响主要在热带对流活跃区域,尤其是在印度尼西亚和西太平洋区域,QBO东风位相下的对流活动要强于QBO西风位相下的对流活动。QBO造成的OLR异常和对流层顶异常在水平分布上有显著的差异,表明QBO对对流层顶的影响主要是与QBO风切变的异常有关,QBO影响热带深对流活动进而影响对流层顶温度的作用是次要的。进一步研究QBO影响对流活动可能的机制发现,QBO造成的浮力频率异常和对流层有效位能(CAPE)异常与OLR异常在水平分布上有较一致的变化,说明QBO不仅通过调节对流层顶高度和温度影响热带的深对流活动,还可以通过调节对流层的静力稳定度、CAPE来影响热带地区深对流活动。     

Climatic analysis of tropopause during the northwestern Indian Ocean tropical cyclones

In this research, tropopause temperature (TT) and tropopause geopotential height (TGH) over the inner-core and environmental regions of all tropical cyclones (TCs) over the northwest of the Indian Ocean (NWIO) from 1990 to 2019 were investigated. To this aim, observational/analysis/reanalysis data and also simulated data from both historical and Representative Concentration Pathway 8.5 (RCP8.5) experiments of some global climate models (GCMs) from the Coupled Model Intercomparision Project (CMIP5) were used. Dynamical and thermo-dynamical environmental factors controlling TC, together with their correlation with different phases of some climatic indices were considered. Results indicated that the eastern part of the NWIO was more favorable for TC genesis and intensification.Lower-level stratospheric (upper-level tropospheric) cooling (warming) was detected over the NWIO during 1990−2019. Over the both inner-core and environmental regions of the NWIO TCs, the coldest tropopause occurred at a CS-Category and the warmest tropopause happened at the first stage of a VSCS event. Over the inner-core (environmental) region, the highest tropopause was detected at the first stage of a CS event (at the end of a VSCS life cycle). A significant majority of the used CMIP5 GCMs produced stratospheric cooling and tropospheric warming trends over the NWIO, similar to those obtained using ERA5 reanalysis dataset. Finally, the decreasing trend of TT over the both inner-core and environmental regions of NWIO TCs together with temperature decreasing trend obtained from the CMIP5 GCMs simulations suggest that the NWIO is prone to experience more TCs, especially the intense ones, in the future.     

全球穿越对流层顶质量通量的时空变化特征

利用1958—2001年44年的ECMWF再分析值资料,采用Euler算法的Wei诊断模型,计算估计了全球平流层与对流层之间穿越对流层顶的质量通量(cross-tropopause flux,即CTF),并对其时空变化特征进行了分析。结果表明:(1)全球CTF的空间分布呈纬向型,且基本与全球经向环流相配合,其中对流层顶断裂带中向下的通量形势较复杂,南半球通量交换的空间变化较均匀,北半球有多峰结构的空间变化,东亚在全球的CTF中有重要作用。(2)南北半球热带对流层顶纬向平均向上的净通量极值分别在5°S为0.873×10-4kg.m-2.s-1和10°N为0.155×10-3kg.m-2.s-1;极地对流层顶向上和向下的通量极值对应在62.5°S为0.510×10-3kg.m-2.s-1,75°S是-0.365×10-3kg.m-2.s-1,55°N为0.257×10-3kg.m-2.s-1,75°N是-0.234×10-3kg.m-2.s-1,两极向上的通量极值在87.5°S为0.355×10-3kg.m-2.s-1,90°N为0.300×10-3kg.m-2.s-1;对流层顶断裂带中向下的净通量极值在35°S是-0.416×10-3kg.m-2.s-1,35°N为-0.333×10-3kg.m-2.s-1。(3)全球的净通量变化出现非对称性的季节波动,南半球和北半球净通量的季节与年际变化趋势完全相反,全球极地对流层顶控制区域的半球年平均质量交换量为-3.55×108Tg.a-1。(4)全球平均的CTF有显著的QBO特征,南北半球的年代际变化明显,特别是20世纪70年代中期至80年代中期出现了质量通量振幅的异常突变现象。