平流层臭氧纬向分布季节变化和行星波的关系

通过分析1992—2001年的HALOE卫星资料,给出了各纬度带平流层的臭氧混合比的纬向分布结构,并分析了其季节变化的特征,同时,利用NCEP/NCAR再分析资料,分析了平流层行星波的结构及其与臭氧纬向分布的关系。结果表明:平流层臭氧混合比的纬向分布季节差异较大,在两半球的夏季平流层臭氧混合比的纬向分布较均匀,其它季节在中高纬的臭氧混合比高值区有一些扰动,并且随着纬度的增大其扰动加强,其中冬季它的扰动最强,这些都与平流层的行星波有相同的特点。对这两种资料进行波谱分析发现,在冬半球臭氧混合比在中高纬的纬向扰动有明显的1波信号,并且与位势高度的1波扰动有相同的位相,因此认为臭氧纬向扰动主要是由行星波引起的,并且在中高纬主要是1波的影响;而低纬地区由于不满足行星波上传的条件,所以臭氧纬向分布不受行星波的影响。分析行星波扰动对臭氧的输送作用也表明,行星波的扰动确实引起臭氧在经向上的输送,从而造成臭氧纬向分布的不对称,并且由于基本气流的输送作用,使得臭氧纬向扰动与行星波造成的原始扰动有一个位相差。     

北半球平流层月平均环流的若干基本事实

本文用北半球平流层20年月平均的高度资料分析了北半球平流层30、50和100hPa各层平均高度的时、空分布、年变程、月变程以及平均环流的演变特征。分析指出北半球平流层大气环流由冬到夏表现为:由极地涡旋完全转变为极地高压,高层(30 hPa在4月中完成)比低层(100hPa在6月完成)早一个月以上;由夏到冬反之,由极地高压完全转变成极地涡旋,高层(50hPa在8月中完成)比低层(100hPa在10月完成)也提前一个月以上。把这些基本事实与对流层的环流年变相结合,将有助于长期天气预报。     

臭氧和平流层动力学的相互作用

讨论了给定的南极春季臭氧洞(取自1979—1985年臭氧减少的观测结果)对二维平流层—对流层模式中温度和环流的影响。11月份,南极上空约17km处,温度最多可降低6℃。这种温度变化引起的平均经向环流对臭氧洞起填塞作用,不过,这种影响很小,每年仅产生14DU的变化。观测事实表明,近年来10月份,南半球波活动减弱。为此,我们作了南半球波作用全年都减少一半,并考虑了臭氧洞的数值试验。结果表明,臭氧柱在11月份76°S减少了44DU,在赤道却增加了12DU。     

低平流层准两年变率研究

分析ＮＣＡＲ／ＮＣＥＰ４０年分析资料得出,赤道低平流层纬向风年际变率的平均周期约２８．２个月,最大振幅的２０ｈＰａ,西（东）风距平平垂直下传平均速度１．２１（１．０４）ｋｍ／月。用１０ｈＰａ和７０ｈＰａ月平均纬向风标准化距平之差反映整层准两年变率的相位。低平流层两半球中纬气温有与之配合的振荡,西（东）风切变时,中纬气温偏低（高）。赤道纬向风准两年变率引起的经圈环流异常是联系低续续向风与中纬气温准年     

2002/2003年与2003/2004年冬季爆发性增温期间的动力特征

利用ECMWF提供的60层气象场资料诊断分析了2002/2003和2003/2004年两个冬季的爆发性增温(stratospheric sudden warming,SSW)过程,比较了两次SSW期间高纬温度和纬向风的差异,计算了SSW期间的EP通量和剩余环流.结果表明:2003/2004年增温持续时间长、强度大,而2002/2003年则发生了波动;增温都是从平流层上层开始向下传播,但是2003/2004年高层极涡崩溃后迅速恢复,低层极涡恢复得慢,2002/2003年极涡在高层和低层都是缓慢恢复;SSW期间行星渡活动较多,2003/2004年极地EP通量的辐合引起东风长时间持续从而阻止了行星渡再次上传,而2002/2003年行星波则发生多次上传;2002/2003年SSW发生时高纬地区为下沉气流,没有形成环流圈,增温后形成逆时针的环流圈比2003/2004年偏低.     

两种再分析资料平流层温度场的对比分析

在Lorenz环流分解基础上,比较了全球平流层低层ECMWF和NCEP/NCAR两种再分析资料月平均温度场的差异。结果表明：（1）纬向的平均温度无论DJF季度还是JJA季度100 hPa,30°S～30°N纬带都是冷中心;在该冷纬带ECMWF资料温度均值显著低于NCEP资料,ECWMF资料的年际方差显著小于NCEP资料。（2）30 hPa以上NCEP资料的定常波比较杂乱,在中纬大陆上出现与事实不符的高低中心,而ECMWF资料反映的气温定常波则比较合理。（3）ECMWF资料在100 hPa和10 hPa上气温异常未能充分地反映近50 a来3次强的火山喷发引起的平流层增温。     

近30年北半球冬季臭氧总量分布特征及其与平流层温度的关系

臭氧的时空分布特征对气候和环境变化具有显著影响,随着臭氧资料数量的增加和质量的提高,有必要对臭氧时空分布特征及其与气候变化的关系进行详细研究.本文利用欧洲中期天气预报中心提供的1979—2013年的全球月平均臭氧总量资料、平流层温度场资料,采用旋转经验正交函数分解(REOF)、Morlet小波分析、合成分析等方法研究了20°N以北的北半球冬季(12—2月)臭氧总量异常的主要空间分布结构与时间演变特征,并进一步分析了主要模态与平流层上层(2 hPa)、中层(30 hPa)以及下层(100 hPa)温度异常的关系.结果表明:近30年北半球冬季臭氧总量异常变化最显著的区域主要有5个,分别位于极地地区(75°N—90°N,0°—360°)、北半球副热带地区(20°N—40°N,0°—360°)、阿拉斯加地区(60°N—75°N,180°—260°E)、北大西洋地区(45°N—60°N,310°E—360°E)及西伯利亚地区(50°N—65°N,80°E—130°E).5个区域的冬季臭氧总量异常具有明显的年际和年代际变化特征.1980年代后期是各个区域的臭氧总量异常由年代际偏多转为偏少的转换时段.此外,各区域存在显著的年际变化周期,而且各个区域的年际周期存在明显的差异.臭氧总量异常变化与平流层温度异常变化的关系表明,臭氧总量异常的增加(减少)能够导致平流层上层温度异常偏冷(暖)和平流层中、下层温度异常偏暖(冷),其中平流层中层温度异常的偏暖(冷)程度要比下层更加明显.     

亚洲夏季平流层-对流层水汽交换年际变化与亚洲夏季风的联系

亚洲地区是物质由对流层向平流层输送的主要通道,在平流层-对流层交换中扮演着积极的角色. 本文主要利用卫星资料和欧洲中心ERA40再分析资料,借助Wei诊断模式研究亚洲地区夏季上对流层-下平流层(UTLS)水汽分布和平流层-对流层水汽交换特征,重点着眼于水汽交换的年际变化,并探讨其与亚洲夏季风的联系. 结果表明,季风区UTLS水汽较赤道地区偏多,且通过磁带记录信号的传播,可穿越对流层顶影响下平流层水汽的多寡. 夏季平流层-对流层水汽交换表现出明显的年际特征,其年际变化与亚洲季风强弱变化有密切联系,尤其与南亚夏季风的关系更为显著. 在亚洲夏季风影响下,亚洲地区出现异常的大气环流和垂直运动,从而影响平流层-对流层之间水汽的交换. 这些结果对认识其它大气成分的输送过程也具有重要的指示意义.