热带平流层臭氧准两年周期振荡的特征及数值模拟

利用HALOE的观测资料、对热带地区平流层臭氧垂直分布的年际变化及其准两年周期振荡（QBO）进行研究，并同赤道上空平均的纬向风场的准两年周期振荡进行了模拟研究。资料分析结果表明，平流层臭氧浓度高值区的位置在南北方向上和垂直方向上的有明显的准两年周期，臭氧浓度高值中心的南北移动和上下移动又引起局地臭氧总量的周期性变化和准两年周期振荡南北半球不对称。而臭氧浓度中心位置的准两年周期变化与赤道上空平均纬向风的准两年周期振荡密切相关。资料分析还表明，赤道上空平流层中臭氧浓度QBO的位相随高度变化多次。模拟试验表明，纬向风QBO引起垂直经圈环流的变化，在平流层有三对余差环流圈。它们对O3在不同纬度和高度的输送是引起O3准两年周期振荡的重要动力原因。其中，余差环流在平流层中层（25－35km)的环流圈起着重要的作用。     

北半球中层大气中NOx的垂直分布特征

对UARS卫星1992、1993、1994、1995、1996、1998年夏季的HALOE观测资料分别进行客观分析,把卫星观测资料插值到5°×5°的网格点上.并分别做了30°N和40°N多年平均NO2和NO混合比的垂直剖面分析,各年同纬度不同经度及同经度不同纬度处NO和NO2混合比的垂直分布特征分析.结果表明NO混合比含量在1hPa和l×10-5hPa高度处有两个峰值,0.1hPa处是一个极小值,50hPa到0.3hPa之间NO混合比含量非常稳定,而0.1hPa以上NO含量向上增长.在热层中的NO混合比分布有一定起伏.NO2混合比含量在l00hPa及0.5hPa高度处是极小值,从5hPa到10hPa则为最大值.但l00hPa以下进入对流层后含量急剧增加,往往会超过10-8.在平流层中NO2分布廓线基本吻合,同纬度不同经度极值出现的位置变化不大,但不同纬度极值的位置有一定差异,低纬区极值位置偏高.在中层大气中NOx(NO+NO2)和O3具有非常相似的分布特征,尤其在平流层,它们几乎在同一高度达到极值,说明它们之间有非常密切的联系.     

我国上空平流层中微量气体的垂直分布和变化趋势

利用1992～2005年卤素掩星试验（HALOE）的观测资料分析了中国上空平流层的几种微量气体（NO, NO2, HF, HCl, CH4, H2O 和O3）混合比的垂直分布和变化趋势,以期为研究平流层的辐射和化学过程提供一些有用的数据. 文中除给出我国上空平流层各高度上平均的各种微量气体的含量外,还给出青藏高原上空这些微量气体的含量. 分析结果表明,平流层各种微量气体混合比的垂直分布有其不同的特征,在对流层上层到平流层底部各种微量气体的混合比分布和季节变化与平流层相比有明显的差异;分析结果还表明,这些微量气体的季节变化、准两年周期振荡和长期变化趋势都很明显,并且在平流层的不同高度上它们的变化趋势是不相同的. 在平流层中层,NO, NO2, HCl 和H2O 混合比在1998年以前都是增加而后则是明显下降的,但O3相反,在1998年以前明显减少,1998年后其减少的趋势不明显. 这表明,近年来平流层中层这些微量气体的减少使得它们对臭氧的破坏有所缓解. 但在平流层下层,臭氧的耗损仍然很明显.     

The Upper Stratospheric Ozone Budget: An Update of Calculations Based on HALOE Data

On the basis of data obtained by the Halogen Occultation Experiment (HALOE) on the Upper Atmosphere Research Satellite (UARS) box model calculations are performed to investigate the ozone budget in the upper stratosphere. The HALOE data comprise measurements of major source gases and key chemical species involved in the ozone destruction cycles. In comparison to earlier calculations using version 17 of the HALOE data, the calculated ozone destruction rate increases when the updated data version 18 is used. However, as with the previous study using version 17 of the HALOE data, no evidence for a significant model ozone deficit is found.     

平流层气溶胶的准两年周期特征分析

本文采用HALOE和SAGE Ⅱ资料,分析了平流层气溶胶的准两年周期变化(简称QBO)特征及其与臭氧QBO的关系,结果表明:(1)北半球中高纬上空平流层气溶胶存在明显的QBO特征,其QBO信号自上向下传播,振荡幅度在平流层中下层可以达到20%;而在赤道和南半球上空的平流层气溶胶的QBO特征相对于北半球则不明显;(2)在...     

中国平流层CH4的分布特征和季节变化

利用UARS卫星上HALOE试验的1992—2003年CH4资料,分析了中国平流层的CH4混合比分布特征,并对CH4混合比在不同纬度上的季节变化作了详细分析。结果表明,中国平流层CH4混合比随着高度逐渐减小,在经向上有较大差异,总是南边大于北边,而各个纬度带上的分布则较均匀。分析结果还表明,中国平流层CH4混合比在DJF的季节距平与MAM有相反的符号,而且中心位置基本吻合。此外,季节变率最大的是MAM—DJF,而不是JJA—DJF。并且在平流层低层的夏半年有明显的高值带,这可能与上升运动和辐散辐合作用有关。     

青藏高原上空H2O和CH4的分布和变化趋势分析

采用UARS卫星1993—2004年卤素掩星试验的观测资料(HALOE),分析了青藏高原(下称高原)上空大气中H2O和CH4的分布和季节变化,也与同纬度其它地区作对比,找出它们的差异,并分析了H2O和CH4的多年变化趋势。结果表明:高原上空H2O混合比在对流层上层随高度迅速减少,在对流层顶和平流层底达到极小值,平流层里水汽混合比随高度增加。高原上空CH4混合比从140 hPa直至1 hPa随高度递减。在对流层上部和平流层下部H2O和CH4混合比季节差异最明显。高原上空H2O和CH4混合比与同纬度带其它地区相比有不少差异,这种差异在对流层上部和平流层下部更明显。分析还表明:高原上空对流层上部和平流层下部H2O和CH4的分布明显受到高原热力作用引起的垂直运动的影响,高原区域是平流层和对流层交换的活跃区。平流层中上层H2O和CH4的关系很密切,其原因主要是在平流层中上层CH4很容易被氧化成H2O。趋势分析表明,在对流层顶附近,水汽在1993—2004年呈下降趋势,而CH4在1998年以前和2001年以后也呈下降趋势;平流层中层1993—2000年H2O混合比呈增加趋势,CH4呈下降趋势,2000—2004年H2O混合比呈下降趋势,而CH4呈增加趋势。     

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.     

INTERANNUAL CHANGE OF EXTRA-TROPICAL METHANE INDUCED BY THE QUASI-BIENNIAL OSCILLATION OF TROPICAL WIND AND ITS FORMATION MECHANISM

Researchers have paid much attention to the influence of the tropical zonal wind quasi-biennial oscillation (QBO) on tropical methane, while generally ignoring the change in extra-tropical methane. The present study analyzed the interannual changes in the methane mixing ratio in extra-tropics of both the Southern Hemisphere (SH) and Northern Hemisphere (NH) using Halogen Occultation Experiment (HALOE) satellite data. The results show that interannual changes in extra-tropical methane exhibit QBO features in both hemispheres that are obviously different from those in the tropics. The extra-tropical methane QBO perturbations usually occur in two layers and are longitudinally asymmetrical about the equator. The amplitude of the methane QBO disturbance in the extra-tropics is smaller than that in the tropics from 10 to 1 hPa but much larger in the layer from 30 to 10 hPa. The interannual relative changes in the methane mixing ratio are similar in both the NH extra-tropics and the tropics in the middle and upper stratosphere. Using the National Center for Atmospheric Research two-dimensional, interactive chemical dynamical radiative model (SOCRATES), simulation was conducted to investigate the mechanism of the extra-tropical methane QBO. The results indicate that the tropical stratospheric zonal wind QBO results in the QBO of the induced residual circulation. It is the transport of methane by the induced residual circulation that causes the methane QBO in the extra-tropics. The induced residual circulations in the middle and upper stratosphere are not always longitudinally symmetrical about the equator, resulting in different distribution of the methane QBO in the SH and NH extra-tropics.     

从HALOE资料看青藏高原上空HCl分布及其与O3的关系

采用UARS卫星1992-2002年卤素掩星试验(HALOE)的观测资料,分析了青藏高原上空平流层大气中HCl的分布和随时间的变化,与同纬度其它地区的对比,找出它们的差异,并与青藏高原上空平流层大气中O3的分布和变化对比,探讨青藏高原上空HCl对O3的可能影响.结果表明青藏高原上空HCl混合比在垂直方向上随高度递增.在100 hPa以下HCl含量较少,其混合比在10-10以下,在10～0.1 hPa之间达到2～3×10-9量级.青藏高原上空HCl混合比与同纬度带相比有不少差异.在夏季,在100 hPa附近气层,高原地区的HCl混合比明显小于同纬度带平均的HCl混合比,但在25～5 hPa气层,则高原地区的HCl混合比明显大于同纬度带平均的HCl混合比.冬季的情况与夏季几乎是相反的.HCl混合比的分布和变化与O3混合比的分布和变化的相关关系很明显,且不同高度有所不同.在25～6 hPa气层,HCl混合比与O3混合比的变化呈明显的反相关.在30 hPa以下到70 hPa它们的相关关系不明显.而在100 hPa附近为明显的正相关.由于反相关的关系在O3混合比较大的气层25～6 hPa (约25～36 km的高度)最明显,表明在这个气层中HCl对O3的破坏作用是重要的.