21世纪平流层温度变化和臭氧恢复

温室气体增加和可能的臭氧恢复将是影响21世纪平流层温度变化的两个主要因素。温室气体增加的辐射效应将导致平流层变冷,而臭氧恢复将导致平流层变暖。为探讨平流层温度在这两种相反因素作用下的变化趋势,研究中使用了观测的臭氧和温度资料以及4个有代表性的IPCC-AR4海气耦合的全球环流模式的模拟结果(GISS-ER、GFDL-CM20、NCAR-CC-SM3和UKMO-HadCM3)。观测分析结果表明,在近10年来臭氧柱含量和平流层低层温度均有升高的趋势,平流层中层温度仍然延续20世纪后20年的变冷趋势。IPCC-AR4的模拟结果表明,单纯温室气体增加将造成平流层变冷。可是,在同时考虑温室气体增加和臭氧层恢复的情况下,模拟结果表明平流层中上层仍将维持变冷的趋势,而下层则存在变暖的趋势,但几个模式给出的变暖趋势有差别。UKMO-HadCM3给出的模拟结果是在3种温室气体排放情况下平流层低层均呈现较强的变暖趋势,变暖的层次可达40hPa;GFDL-CM20和NCAR-CCSM3给出的变暖趋势较弱一些,并且变暖主要位于60hPa以下的层次。

臭氧暴露对大豆叶片群体光合作用及产量的影响

臭氧(O_(3))已经成为我国许多大中城市夏季的首要污染物,其具有较强的植物毒性,严重威胁农业安全。O_(3)污染常发生于高温晴天,具有间歇性和累积性的特点,但现有研究多集中于在叶片尺度上探究长期O_(3)暴露对植物生理过程的影响,而间歇性暴露对植物整株生长和光合生理特性的影响鲜有报道。以大豆为实验对象,依托开顶式气室(OTC)进行间歇性臭氧暴露,探究大豆叶片群体光合作用及产量对间歇性O_(3)暴露的响应。结果发现(1)间歇性O_(3)暴露具有累积性和恢复性,在低O_(3)暴露剂量(AOT40≤2.47μL L^(-1) h^(-1))处理下,大豆植株的净光合速率降低,但与对照组无显著差异。当AOT40较高时(AOT40≤5.35μL L^(-1) h^(-1)),大豆植株的净光合速率显著降低,而随着O_(3)胁迫的消失,大豆植株的净光合速率逐渐回升,并最终恢复。(2)不同的光合参数对间歇性臭氧暴露敏感性不同,其中最大净光合速率最为敏感。在低AOT40下最大净光合速率显著降低,且恢复时间更长。(3)O_(3)二次暴露后,净光合速率降低幅度较低,且恢复更快,说明间歇性O_(3)暴露可能会提高大豆的耐受阈值。(4)当AOT40低于5.35μL L^(-1) h^(-1)时,对大豆产量无显著影响,说明间歇性臭氧暴露条件下,大豆减产阈值更高。

Slowing down of the summer Southern Hemisphere Annular Mode trend against the background of ozone recovery

20世纪末期,南半球热带外地区经历了显著的气候变化,包括夏季南半球环状模(SAM)的显著上升趋势,伴随着南极半岛的增暖和别林斯高晋海的海冰融化.这些趋势主要是由20世纪末期南极平流层臭氧消耗所驱动的.本文发现,自2001年左右以来,在南极平流层臭氧恢复的背景下,观测到的夏季SAM的上升趋势已经趋于平缓,验证了前人利用数值模拟预测的夏季SAM上升趋势减缓现象,与SAM在臭氧恢复后趋势只减缓但没有逆转不同,南极地表气温和海冰的趋势发生了逆转.南极半岛由变暖趋势转为降温趋势,别林斯高晋海域的海冰由融化趋势转为增多趋势.

MSR资料中臭氧层演变及恢复趋势的分析

利用一种新的全球臭氧总量再分析(MSR)数据,分析了1978—2008年臭氧总量的时空演变趋势.结果发现:全球平均臭氧总量变化在1996年以前主要表现为显著的下降,其后下降趋势变缓,进入WMO所规定臭氧恢复第1阶段的变化模式.前期臭氧下降趋势为-1.037 4×10-4 cm/月,后期减小为-3.750 0×10-6cm/月;1996年以前全球臭氧总量为普遍减少,显著区域主要集中在北半球中纬度和南半球中高纬度,1996年以后在60°S～30°N间和北美北部及其以东海域出现有大面积的臭氧总量增加的区域,臭氧增加和减少的量均较少;不同地区臭氧总量的变化均不相同,青藏高原为持续减少转为略有增加,赤道西太平洋由基本不变转为增加,南极从急剧减少转为略有增加.

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，使用了辐射一对流模式进行了敏感性实验，另外，也对他人进行的化学一气候耦合模式（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（60～1hPa）将变冷，而下层（150～60hPa）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（3hPa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。