青藏高原上空气溶胶含量的分布特征及其与臭氧的关系

采用1991年10月—2005年11月的HALOE资料,分析了青藏高原(27°~40°N,75°~105°E)上空气溶胶数密度、体积密度、面积密度的分布和变化特征,探讨了它们与臭氧的关系,并且与同纬度带中国东部地区(107°~122°E,27°~40°N)、北太平洋(170°E^170°W,27°~40°N)上空进行了对比。结果表明:高原上空气溶胶的体积密度、面积密度受Pinatubo火山喷发的影响主要发生在1991—1995年,然而气溶胶数密度受火山影响则不如前二者明显;高原上空气溶胶在对流层顶附近存在一个极大值区,在夏季该极大值区位于对流层顶下方(约120 hPa),而其他季节则位于对流层顶上方(约100hPa);青藏高原、中国东部地区、北太平洋三地上空气溶胶数密度的差异主要出现在60 hPa以下的气层,夏季差异最突出,高原上120 hPa附近的气溶胶数密度约为平原上的1.8倍,约为海洋上的5.5倍;在高原上空对流层顶附近以及平流层低层,气溶胶数密度与臭氧体积混合比呈很好的负相关关系,而在20 hPa以上则有明显的正相关关系;对比三地上空气溶胶与臭氧的关系,得到在对流层顶附近及平流层低层气溶胶在高原和平原上空与臭氧的变化呈很好的负相关,其中以高原上空的负相关关系更好,但是在海洋上空气溶胶和臭氧的相关不明显。而在20 hPa以上气层中,三地上空的气溶胶与臭氧的变化都具有很好的正相关关系。

青藏高原和伊朗高原上空臭氧变化特征及其与南亚高压的关系

采用TOMS、HALOE和SAGEⅡ臭氧卫星观测资料,对青藏高原上空臭氧的垂直结构和变化特征以及伊朗高原臭氧低值中心做了相应的研究,并且对两个高原臭氧低值中心进行了对比.结果表明:夏季伊朗高原同青藏高原一样存在臭氧低值中心;青藏高原和伊朗高原上空臭氧含量的变化与同纬度带其他地区相比,在12～22km或120～30 hPa这个气层中减少最明显,在此气层中伊朗高原上臭氧的减少比青藏高原上的更厉害.进一步采用NCEP/NCAR再分析资料分析了亚洲上空位势场和位温的变化及其与臭氧变化的关系,结果显示青藏高原和伊朗高原上空臭氧含量的变化和南亚高压有着密切的关系.南亚高压正好处在青藏高原和伊朗高原上空,夏季当南亚高压中心偏伊朗高原时,伊朗高原上空臭氧总量比多年平均值低,6、7月份随南亚高压中心位置的变化,伊朗高原上空臭氧总量变化明显,而青藏高原上空臭氧总量变化不是很明显.利用此区域夏季等位温面的变化对上述关系的机理进行了初步的探讨.

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)在北半球平流层中下层,气溶胶的QBO与臭氧QBO存在明显的相关关系:在低纬与高纬地区上空,两者呈很好的正相关关系,而在中纬度上空30 hPa高度附近两者则存在明显的负相关;(3)当赤道纬向风为东风位相时,北半球30～10 hPa高度处,气溶胶面积密度为正距平,距平百分率可达20%,西风位相时则反之;东西风位相时气溶胶面积密度的变化与剩余环流对气溶胶的输送是密切相关的.

ENSO对平流层气溶胶分布的影响

本文采用ONI(Oceanic Nino Index)和HALOE(Halogen Occultation Experiment)气溶胶面积密度资料,从其滞后相关性入手分析了ENSO循环对平流层气溶胶的影响,通过对滞后于El Nino和La Nina时气溶胶含量的比较探讨了ENSO强迫的影响程度,并用剩余环流及其输送量解释了平流层气溶胶变化的动力机制.结果表明:ENSO对平流层气溶胶的分布有明显影响,在赤道和低纬度上空尤为显著,El Nino发生后半年内热带平流层低层的气溶胶面积密度较平均值偏大,平流层中层的面积密度则偏小,而La Nina反之.El Nino和La Nina影响的差异显著,在分别滞后于El Nino和La Nina事件2～8个月间的60 hPa气溶胶含量差异甚至高达45%,海表温度变化1 K则在滞后半年内气溶胶面积密度的变化可达到16%.ENSO的强烈影响能够维持大约半年,两年后基本消退.热带的变化幅度明显强于中高纬度,南北半球的变化特征也有所不同.ENSO通过影响剩余环流导致气溶胶输送量发生变化,进而引起气溶胶分布出现上述差异.

1998年青藏高原臭氧低值中心异常及其背景环流场的分析

采用TOMS和SAGE II臭氧卫星观测资料,对1998年青藏高原臭氧低值中心异常变化的过程和垂直结构进行了分析。为了探讨1998年这个低值中心出现异常的原因,利用NCEP/NCAR再分析资料,通过1998年高原附近上空位势场和位温的变化,分析了1998年臭氧低值中心异常期间高原上空对流层上层到平流层下层的流场和垂直运动的变化特征。结果表明,1998年11月,青藏高原上空对流顶比正常年份高,无论是对流层上层还是平流层下层,上升运动都比正常年份强。同时高原上空南亚高压也比正常年份强,于是使得1998年高原上空的强臭氧低值中心一直维持到11月。

青藏高原臭氧低值中心的变化与我国气候的关系

利用NCEP/NCAR再分析资料、GPCP降水资料以及我国160个台站的降水资料,研究了青藏高原臭氧低值中心偏强年和偏弱年的气候差异。结果表明,5-7月平均的青藏高原臭氧总量变化与我国当年夏季、冬季以及第二年春季的气温和降水等有明显的相关关系:在臭氧低值中心偏强年夏季,中国绝大部分地区地面气温比多年平均偏高,长江以南地区降水偏多,长江以北大部分地区降水偏少,尤其是长江中下游和黄河中下游之间的地面降水偏少特别明显。在臭氧低值中心偏强年冬季和次年春季,中国大部分地区冬季风比多年平均弱,使得绝大部分地区地面气温偏高。臭氧低值中心偏弱年的情况基本上与偏强年相反。因此,青藏高原上空臭氧低值中心的变化在气候预测中是一个值得重视的因子。

利用GPM卫星观测和WRF模拟研究与沙尘混合的中纬度锋面系统中云、降水和潜热的特征

2017年5月3日,一场来自蒙古和内蒙古的强沙尘暴向中国东北移动,与一个典型的中纬度锋面系统相遇。本文利用GPM卫星观测、WRF模式模拟和再分析数据集,研究了沙尘气溶胶对云、降水和潜热(LH)的冰核效应。WRF模拟正确地反映了系统的主要特征,模拟的地面降雨率分布与GPM微波成像仪的反演值呈正相关,相关系数随着对降水率进行平均的面积的增加。WRF模拟的降雨垂直结构与GPM双频降雨雷达(DPR)观测也具有较好的可比性,尤其是在低层。卫星观测和模式模拟的不同高度降雨率联合概率分布之间存在~0.80的强正相关。根据葵花8卫星的气溶胶光学厚度观测和大气环流长地带。只有在精心挑选的重沙尘区,WRF模拟才显示出沙尘气溶胶可以增强非均质冻结过程,从而导致较多的云冰、降雪、高空降水率和潜热,且这种效应只在−15℃至−38℃的温度下显著,并且要求沙尘数浓度大于106 m^(−3)。在此类个例研究中,准确地划定含沙尘区域非常重要。在选定的垂直横截面中,WRF模拟潜热和DPR反演潜热在垂直形状和大小方面具有一定的可比性。它们都可以反映倾斜的锋面结构,其上方为潜热加热,下方为潜热冷却。WRF模拟中的区域平均潜热剖面显示出潜热加热贯穿整个气柱、以对流为主导的特点,该特征不受沙尘的显著影响。而不同的DPR反演潜热剖面显示出不同的潜热垂直分布特点。

西太平洋副热带高压的强度和位置与亚洲地表温度之关系

利用 ＮＣＥＰ／ ＮＣＡＲ再分析资料中的 ５００ ｈＰａ高度场资料和 ＮＣＡＲ地温资料，分析了６～８月西太平洋副热带高压的面积指数、西伸的经度和脊线的纬度等与亚洲地表温度之关系。结果表明，夏季西太平洋副热带高压的强度及位置，与亚洲某些区域的地表温度有明显的关系。关系最密切的是（１００～１１０°Ｅ，３５～４５°Ｎ）附近，位于我国内蒙古西南部、甘肃和宁夏自治区一带以及蒙古人民共和国的南部。另外青藏高原、南亚地区的地表温度与西太平洋副高也有较好的相关。文中对此做了详细分析和讨论。

2008年雪灾同平流层环流异常的关系

为了探讨2008年我国南方罕见的低温、雨雪和冰冻灾害与平流层环流异常的关系,利用NCEP资料对2007年10月1日到2008年2月29日的平流层大气环流的逐日变化进行了分析.结果表明,这次低温、雨雪和冰冻灾害之前,平流层北极涡旋异常加强和变形,同时在中低纬地区平流层的环流也发生明显的变化.这些变化从平流层向下传,进而影响对流层.由此可见这次我国历史罕见的低温、雨雪和冰冻灾害不但与对流层大气环流的变化有关,也与平流层环流的变化有关.更有意义的是,平流层环流的变化超前了一个多月.因此利用平流层的信息作为天气预报的参考,对提高中长期天气预报(特别是重大灾害的预报)的准确率会起到积极的作用.

2008年中国南方雪灾与平流层极涡异常的等熵位涡分析

2008年1月中国南方遭遇罕见的大范围冰冻雨雪灾害,本文利用NCEP/NCAR逐日再分析资料和等熵位涡分析方法,分析了这次冰雪灾害期间平流层极涡的变化及其对对流层的影响。结果表明:平流层极涡在2007年12月已经开始增强,到1月中旬亚洲北部极地平流层极涡变得异常强大。高位涡冷空气向南扩展时,沿着倾斜的等熵面运动,从极地平流层上层一直延伸到中低纬度对流层。低层高位涡冷空气主体比较靠北,华北一带为低位涡区;南方为高位涡区,呈东北—西南向伸展,引导北方高位涡主体冷空气和西南暖湿气流在此汇合,引起大范围降温和降雪。

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，NO2，HF，HCl，CH4，H2O和O3）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，NO2，HCl和H2O混合比在1998年以前都是增加而后则是明显下降的，但O3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．

青藏高原上空H_2O和CH_4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。

CALIOP对一次秸秆焚烧后气溶胶光学特性的探测分析

采用星载激光雷达（Cloud-Aerosol LIdar with Orthogonal Polarization,CALIOP）资料研究了2008年6月2日华东秸秆焚烧排放气溶胶的光学特性,并与2006~2008年统计结果进行了对比。结果表明：1）CALIOP能够有效探测到气溶胶层,探测结果符合生物质燃烧气溶胶的典型特征;气溶胶分布及廓线特点可以由火点分布及大气环流形势做出解释。2）个例中气溶胶光学特性廓线与该地区2006~2008年全年平均和夏季平均都存在一定差异。个例中后向散射系数廓线的峰值显示出气溶胶垂直分布结构,对应高度上的退偏振率比平均偏大而双波长比则偏小,表明秸秆焚烧源气溶胶层由大量非球形的细粒子组成。3）个例中气溶胶粒子谱特征与3年夏季平均接近而与3年平均差别很大,显示出个例的季节特征。更多个例的统计分析和地基观测的验证有助于了解秸秆焚烧源气溶胶的普遍规律。

东亚夏季风环流与ENSO循环的关系

采用NCEP/NCAR再分析资料和NCAR海温资料 ,对ENSO循环不同阶段东亚夏季风环流的变化进行了分析。计算了各年夏季风环流的强度系数及其与多年平均夏季风环流的相似系数和差异系数 ,分析它们与海温变化的关系。结果表明 :东亚夏季风环流强度有明显的年际变化和年代际变化 ,且与赤道东太平洋SST有较好的负相关关系 ,其中又以与三个月前的海温变化关系最好。在春季 (3～4月 )Nino 1+2区为冷、暖水时 ,当年夏季 (6～ 7月 )东亚季风区中 85 0hPa等压面上 >2m·s-1的经向风北伸纬度和东亚季风区的垂直经圈环流都有明显差异 ,在冷水期 >2m·s-1的经向风北伸纬度比暖水期高 ,季风环流圈的上升支北移 ,东亚夏季风环流较暖水期强。

青藏高原上空氮氧化物的分布特征及其与臭氧的关系

利用1992-2002年的HALOE资料,选取青藏高原地区(28°～40°N,75°～105°E)的数据,分析了青藏高原地区NOX混合比的垂直分布特征,并对高原地区不同高度上NOX混合比与同纬度及同经度地区进行了比较,分析了NOX混合比与臭氧混合比纬向分布的关系,以及NOX混合比随时间的变化和O3混合比变化的关系.结果表明:青藏高原地区在300～30 hPa上夏季NOX的混合比高于冬季的混合比;夏季青藏高原地区200～30 hPa气层上NOX的混合比比同纬度其它地区高得多,100～60 hPa气层上NO2混合比比同经度其它地区也高得多;在100～30 hPa上,O3的纬向分布与NO-X的纬向分布之间存在较明显的反相关关系;高原地区100 hPa附近和70～35 hPa之间夏季NOX混合比的变化与O3混合比的变化的反相关关系非常好.

Ni~■o1+2海区冷、暖水期西太平洋副高的特征及其对东亚季风的影晌

摘 要 通过对海温资料和500 hPa位势高度、垂直速度、850hPa的水平风分量资料的分析，探讨ENSO的各不同阶段西太平洋副高和东亚季风的变化特征。结果表明：办道东太平洋海温与两太平洋副高有密切的关系。Nino 1+2区海温有明显的10年际变化，与西太平洋副高的10年际变化非常吻合；前期Nino 1＋2区为冷、暖水期时西太平洋副高的强度和位置有明显差异，前期为暖水期时夏季的太平洋副高较强、范围向西和向南伸展，冷水期反之、西太平洋副高较弱，位置偏东偏北。西太平洋副高的变化进一步影响东业季风和我国的降水。这种影响在Nino 1＋2区海温变化后4～6个月最明显。 因此，前即Nino 1+2区海温的变化可以为东亚季风和我国降水的长期预报提供依据。

ENSO循环各阶段东亚夏季风特征的诊断研究

利用NCEP/NCAR再分析资料和NCAR海温资料及中国测站地温资料 ,对ENSO循环不同阶段东亚夏季风强弱变化进行了分析。并从此期间的海陆热力差异和季风低压变化来探讨海温异常对东亚夏季风的影响 ,结果表明 :东亚夏季风指数有明显的年际变化和年代际变化 ,且与赤道东太平洋SST有较好的负相关关系 ,其中又以与三个月前的海温变化关系最好。在Nino1+2区为冷、暖水之后的三个月中 ,冷水期对应的东亚夏季风指数大于暖水期对应的东亚夏季风指数 ,东亚夏季风比暖水期强。赤道东太平洋SST变化期间亚洲大陆的地面温度和地面气压也有明显变化 ,这是引起ENSO不同阶段东亚夏季风变化的主要原因。

利用HALOE资料分析中层大气中水汽和甲烷的分布特征

利用1991年12月至2004年5月的HALOE资料,分析了中层大气中微量气体水汽和甲烷的垂直和水平分布特征。垂直分布特征是:水汽混合比在对流层顶和平流层底达到极小值(此极小值区被称为湿层顶),平流层里水汽混合比随高度增加,在平流层上层和中间层低层混合比出现明显的扰动,在中间层顶再次达到极小值,向上混合比又随高度增加。甲烷混合比从100 hPa附近向上混合比一直减少。经向分布特征主要表现为:平流层中下层水汽混合比低值区在热带地区上拱,水汽混合比自低纬向高纬递增;而该气层甲烷混合比则是高值区在热带地区上拱,甲烷混合比自低纬向高纬递减。在低平流层副热带20°S-30°S(20°N-30°N)附近二者混合比水平梯度相对偏大。平流层中上层二者等值线在北半球夏季变成双峰形势,北半球冬季仍是单峰形势。中间层二者都主要表现为冬、夏季分布形势相反。在北半球夏季30°N,平流层中下层水汽和甲烷混合比纬向梯度很小,对流层上层以及中间层二者混合比纬向梯度明显。

亚洲东部冬季地面温度变化与平流层弱极涡的关系

利用NCEP资料计算NAM指数和标准化温度距平,对17次平流层弱极涡事件时亚洲东部温度变化进行了研究。结果表明:平流层环流异常比对流层温度变化超前约15天,地面温度变化的最大距平出现在平流层弱极涡后期,大约以40°N为界,北部比正常年份偏冷而南部偏暖。文中通过位势涡度的分布和变化以及500hPa东亚大槽的变化讨论了其影响过程和机理,在弱极涡初期和中期,自平流层向下,高位涡冷空气主要局限于60°N以北。从弱极涡的后期开始,在45°N以北地区,高位涡冷空气向南扩张,在对流层中上层,极地附近的高位涡冷空气扩张到45°N附近。同时,500hPa东亚大槽虽有加强,但低压区向东延伸,而贝加尔湖附近的高压脊显著减弱,致使槽后的偏北气流减弱,槽后冷空气主要影响中国华北、东北及其以北地区,造成这些地区偏冷。而40°N以南地区,从弱极涡的后期开始有南方低位涡偏暖空气向北运动,同时冷空气活动减少,地面显著偏暖。

平流层微量气体变化趋势的研究

采用HALOE提供的1992—2005年的资料,分析了平流层几种微量气体(臭氧、HCl,HF,NO,NO2,水汽和甲烷)的混合比在不同高度、不同纬度带的变化趋势,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。结果表明,在不同纬度带这些微量气体的变化特征并不相同,在不同高度上他们的变化特征也不大一样。这14年臭氧的变化趋势与其他几种微量气体的变化趋势对比表明,在平流层上层,1990年代中期以后臭氧浓度的恢复比较明显,而且这14年臭氧的变化趋势与HCl、HF和水汽的变化趋势是相反的。在平流层中层臭氧的变化趋势复杂一些,除一些微量成分对它的破坏外,还受到其它因素的影响。但1997—2002年臭氧混合比增大,与HCl、NO,NO2和水汽混合比的减小趋势是相反的,这说明《蒙特利尔条约》及其它环保措施的实施对平流层中层臭氧浓度的恢复也已初见成效。