南京地区臭氧总量变化与对流层顶高度的相关性研究

基于南京国家气象探空站2021年11月24日至2022年11月6日每周三14时开展的臭氧探空观测与地面臭氧激光雷达垂直观测,开展同层高度数据对比分析,并结合臭氧探空仪的基本信息特征,计算臭氧总量,分析对流层顶高度与臭氧总量的相关关系。结果表明,在400~500 m高度以下,两种臭氧垂直观测数据的吻合度较高,相关系数可达0.95以上,两者比值基本维持在1附近,且具有相同的上升趋势。而在此高度以上,两者的偏差逐渐增大,探空数值明显偏大,两者的比值波动也逐渐增大;南京地区臭氧总量与对流层顶高度呈显著正相关,相对变率分析发现臭氧总量比对流层顶高度变化得更为强烈,且交叉谱分析进一步证实臭氧总量的变化超前于对流层顶高度,臭氧总量发生改变时,会造成对流层顶高度发生相应变化。

南极臭氧柱总量的时空变化特性与影响因素分析

利用大气本底站监测数据验证了大气红外探测仪(AIRS)反演数据(2003年3月―2021年2月),在此基础上基于AIRS数据分析了南极臭氧柱总量时空分布以及变化特性,并进而利用线性回归、相关性分析、小波分析等方法,结合平流层温度和海冰数据,分析了南极臭氧柱总量变化特征的影响因素。结果表明:AIRS反演数据与大气本底站监测数据的相关系数均在0.945以上,具有较高的准确度和平稳性。南极臭氧柱总量的时间变化具有很强的周期性,谷值与谷值交替约为12个月。通过小波时-频结合分析发现,南极臭氧柱总量明显存在时间尺度为2、4、6、8~10、13年的周期,其中震荡最剧烈的第一主周期13年又以10年为周期变化,第二主周期6年又以4年为周期变化,2003―2021年内第一主周期经历了2次高-低变化期,第二主周期经历了4次高-低变化期。臭氧柱总量随季节变化明显,春季是南极臭氧柱总量最高的季节,冬季、夏季、秋季依次次之。南极臭氧的空间分布特征差异较大,总体来看纬度越高,臭氧柱总量越低,并在85°S附近达到最低值。南极洲大部分区域平流层温度与臭氧柱总量呈显著正相关,统计结果显示当平流层温度小于189K时会出现臭氧洞;南极海冰范围与南极臭氧柱总量变化基本一致,两者皆存在2、6~8、12~14年的变化周期,但海冰范围变化要早一个月。

杭州地区大气臭氧浓度垂直分布

利用国产双池型电化学反应臭氧探空仪在杭州开展为期1年(2021年12月~2022年11月)观测,分析了该地区臭氧廓线垂直分布、臭氧柱总量以及对流层臭氧柱含量特征,并评估AIRS和MLS反演的臭氧廓线产品以及AIRS、OMIDOAS和TROPOMI反演的臭氧柱总量产品.结果表明,臭氧探空仪与地面原位臭氧分析仪观测结果具有高一致性.杭州地区臭氧垂直结构呈显著月变化特征,5月在上对流层-下平流层区域(12~16km高度范围)呈现高浓度臭氧的下传结构.4~9月在边界层附近1.5km高度以下观测到高浓度臭氧含量层.边界层内臭氧含量夏季最高,垂直变化不明显;其次是春季、秋季和冬季,均表现为随高度增加而增大.臭氧探空廓线与卫星反演臭氧垂直廓线吻合较好,在对比高度范围内相对偏差大多<10%.杭州地区臭氧柱总量和对流层柱含量平均值分别为302.1DU和40.5DU,呈明显季节变化特征.臭氧柱总量和对流层柱含量最高的季节分别为春季和夏季,5月对流层臭氧柱含量最高.臭氧探空柱总量与AIRS、OMI DOAS和TROPOMI反演臭氧柱总量一致性较好,相关系数分别为0.78、0.88和0.76.

根据Brewer和TOMS资料分析、验证瓦里关地区大气臭氧总量变化特征

通过对1993年9月～2003年11月瓦里关地区（36．17°N，100．53°E）Brewer资料和TOMS资料的比较分析，结果表明：1）瓦里关Brewer臭氧光谱仪的观测数据与卫星的TOMS观测数据之间存在一定的差异，两者的差异80％以上集中在-2．5％～2．5％之间；2）1993～2003年瓦里关地区的大气臭氧总量有着明显的下降趋势，这与北半球中纬度地区观测到的平流层臭氧减少的趋势相吻合；3）瓦里关地区大气臭氧总量存在明显的年际变化和季节变化，且每年的2～4月较高，8～10月较低，一年中振荡的幅度达到60DU；4）TOMS两个版本的观测数据与地面观测结果呈现出较好的一致性和相关性，相关系数达到0．9以上。

参加第16次GAW／WMO臭氧总量及廓线Brewer光谱仪亚太地区操作员培训班总结

1概况 我国的大气本底站主要利用Brewer光谱仪开展臭氧柱总量及紫外辐射的观测。为进一步加强我国本底站臭氧柱总量观测业务，推进与国际间的观测技术交流，中国气象局气象探测中心张晓春和王缅应WMO邀请于2017年9月2—10日参加了第16次世界气象组织（WMO）全球大气监测网（GAW／WMO）臭氧总量及廓线Brewer光谱仪亚太地区操作员培训班。

基于卫星观测的连云港臭氧总量时空特征研究

本文利用卫星观测的臭氧总量数据,分析连云港臭氧总量时空分布特征,以及与近地面臭氧的时空分布比较。结果表明,连云港市臭氧总量基本呈现纬向分布,同时臭氧总量从北向南呈递减趋势。从全市年均分布上看,赣榆区臭氧总量是最高的。从全市臭氧总量月均变化上看,高值集中出现在3~5月份。最高值在4月份,最小值出现在10月份。连云港市臭氧总量在春季达最高值,夏季次之,秋季为最小值。县区臭氧总量月变化和季节变化与全市相一致。卫星观测的臭氧总量与近地面臭氧相比,在空间分布上臭氧总量变化趋势与县区臭氧浓度变化基本一致。无论从臭氧总量上看,还是从近地面臭氧浓度上看,赣榆区是最高的,灌南县是最低的。从月均变化和季节变化上看,臭氧总量与近地面臭氧变化趋势并不一致。臭氧总量在4月份达到最高值,而近地面臭氧浓度在6月份达到最高值。臭氧总量在春季达到最高值,秋季为最低值。而近地面臭氧浓度在夏季达到最高值,冬季达到最低值。

基于OMI数据的周口市臭氧总量时空变化特征分析

利用2005—2018年周口市OMI数据,对臭氧总量时空变化特征进行了分析研究。首先,分析了周口市臭氧总量的年平均值空间分布特征,各年份臭氧年平均值基本呈纬向分布趋势,即周口市北部臭氧总量高、南部臭氧总量低;其次,对周口市臭氧总量的差值空间分布特征进行了分析,2005—2018年周口市中部地区的臭氧变化比较大;同时,对周口市臭氧总量年平均值的纬向变化特征行了分析,在小区域范围内,周口市的臭氧变化不符合纬向变化特征,随着纬度的增加臭氧总量整体变化不大。

FY-3B TOU臭氧总量多元回归插值与验证

FY-3B TOU臭氧总量产品空间分辨率为50 km,在开展小区域或精细化的臭氧研究时,需要获得更高分辨率、更具有准确性和可靠性的臭氧插值数据。常规的数据插值方法没有考虑TOU臭氧总量受短波辐射、海拔高度的影响,所得到的插值数据参考性不强。该文利用TOU多元回归插值方法,采用程序设计方式,动态分析TOU与短波辐射、海拔高度之间的相关性,建立一元回归模型,并根据一元回归模型结构建立多元回归模型,再通过多元回归模型对TOU进行插值。使用OMI臭氧总量数据对插值结果开展验证,验证结果表明采用多元回归算法的插值具有较好的可行性。该插值方法及程序设计对其他类似的数据插值、分析具有一定的借鉴和参考意义。

拉萨地区1998年夏季臭氧总量及垂直廓线的观测研究

该文根据 1 998年 6～ 1 0月上旬在拉萨地区进行的臭氧总量及臭氧垂直廓线的观测结果 ,并结合同期同纬度其他两个臭氧站数据资料 ,证实了以拉萨地区为代表的青藏高原在夏季存在“臭氧低谷”的现象 .分析表明 ,地基和卫星观测的臭氧总量有一定误差 .Umkehr观测反演结果表明夏季拉萨地区平流层臭氧分布和同纬度其他地区相比略有不同 ;在对流层 。

北半球臭氧总量与平流层环流关系的分析

本文利用北半球30年臭氧资料分析了臭氧总量变化与平流层大气环流的关系,发现:(1)臭氧总量和平流层大气环流一样季节变化很明显。冬半年与平流层极涡对应的是极地臭氧高值区;夏半年与极地高压区对应的是极地臭氧低值区。(2)北半球臭氧总量分布形势由冬到夏转换的时间和平流层中低层大气环流(由极涡转换为极地高压)的转换时间都出现在5—6月;由夏到冬前者出现在10—11月比后者(出现在9—10月)迟1月。(3)全年内北半球各纬带的臭氧总量都随平流层超长波振幅的增减而增减,两者均为正相关。(4)平流层突发性增温前期(前两个月)北半球臭氧总量分布与该月多年平均分布有显著差异。(5)从增温前2个月到增温当月,增温地区的臭氧总量中心强度每月都以20％以上的增长率增加;从增温前期到增温后期(后两个月),增温地区的臭氧总量始终保持10％以上的负距平,即突发性增温出现在臭氧总量长期持续负距平的地区。

FY-3气象卫星紫外臭氧总量探测仪辐亮度在轨定标与反演结果分析

FY-3气象卫星上搭载的紫外臭氧总量探测仪TOU是我国自主开发研制的首台用于全球臭氧总量定量测量的探测仪,自发射以来已成功在轨运行近两年.由于TOU发射前辐亮度定标存在偏差,为了得到高精度的产品,TOU必须进行在轨定标.本文介绍了基于辐射传输模式计算对TOU辐亮度进行在轨道定标的方法,定标过程中用于模拟辐亮度计算的臭氧总量由与TOU观测时刻相近的国外臭氧总量探测仪器MetOp/GOME-2提供.文章将在轨定标后TOU的反演结果与AURA/OMI以及地基的产品进行比较,结果表明,用辐射传输模式对TOU辐亮度进行在轨定标的方法是可行的,反演结果能够真实地反映臭氧的时空分布特性,在全球部分地基观测站所处的位置上对TOU,OMI以及地基的臭氧总量进行比较的结果表明,TOU与OMI的相对偏差均方根约为2.52%,TOU与地基以及OMI与地基观测结果之间的相对偏差均方根分别为4.45%和3.89%.

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(2hPa)、中层(30hPa)以及下层(100hPa)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.

近30年青藏高原臭氧总量亏损的可能原因及其与对流层顶高度的联系

基于总臭氧测绘光谱计TOMS和太阳向后紫外线散射仪SBUV结合得到的30年(1979-2008年)全球月平均臭氧总量资料,首先分析了近30年青藏高原(下称高原)上空臭氧总量的下降趋势,然后讨论了高原动力抬升作用对臭氧总量的影响,最后探讨了高原臭氧总量亏损与高原对流层顶高度的联系。结果表明,高原臭氧总量及其下降趋势均存在着明显的季节差异,与同纬度非高原区相比,高原地区各月的臭氧总量均偏低,特别是在3-9月臭氧亏损严重;近30年高原地区臭氧总量在各季节均呈现出下降趋势,除了秋季外,其下降幅度均超过同纬度其他地区;春、夏季高原动力抬升有利于对流层低浓度的臭氧含量向平流层输送,从而导致高原臭氧总量的减少。近30年春、夏季高原臭氧总量亏损与夏季高原第二对流层顶高度的抬升存在着密切关系。

火山气溶胶对北京地区臭氧总量变化趋势的影响

分析了１９７９～１９９５年北京地区臭氧总量的变化趋势、１９８０～１９９４年整层气溶胶光学厚度和１９８１～１９８５、１９９０～１９９４年平流层气溶胶光学厚度。分析依据的数据资料来自Ｄｏｂｓｏｎ仪器所观测的臭氧总量资料和太阳辐射表提供的气溶胶光学厚度资料。结果表明，１９７９～１９９５年期间北京地区臭氧总量年变化率为－０２６９％，１９８２～１９８５、１９９１～１９９４年间臭氧总量年变化率分别高达－０９５４％和－１４３９％。这说明厄尔奇琼火山和皮纳图博火山爆发对臭氧总量减少可能起到重要作用。

青藏高原对流层顶高度与臭氧总量及上升运动的耦合关系

根据1979—2008年青藏高原地区14个探空站对流层顶气压资料以及同期各标准等压面上的温度资料,分析了不同季节高原上空两类对流层顶高度与高空各层温度之间的关系;在此基础上,结合同期的NCEP/NCAR月平均再分析资料以及NASA提供的TOMS/SBUV月平均臭氧总量资料,分别讨论了高原上升运动以及高原臭氧总量与对流层顶高度的耦合关系。结果表明:高原第一(二)对流层顶高度全年处在300～200hPa(100hPa附近)高度,在季节变化、年际变化以及长期变化趋势上,两类对流层顶高度与各自对应高度层上的温度存在着密切的反相变化关系,当对流层顶高度偏高(低)时,相应高度上的温度偏低(高)。上升运动有助于两类对流层顶高度的抬升,尤其是当高空200(100)hPa附近有上升运动时,有利于第一(二)对流层顶高度抬升。各季节高原臭氧总量与第二对流层顶高度均呈显著的负相关关系,当臭氧含量减少(增加)时,该对流层顶高度将偏高(偏低),近年来伴随着高原臭氧总量的减少,高原第二对流层顶高度出现了明显的抬升。

中国低纬度地区大气臭氧总量的变化特征

分析研究了位于我国低纬地区不同经度的昆明与香港两个站点上空的臭氧分布与演变状况,得出了中国低纬度地区大气臭氧总量的时空演变特征。研究结果显示:(1)香港与昆明两地臭氧的时间变化特征极为相似;(2)整个中国低纬地区的大气臭氧的时间变化趋势是非常一致的,在空间上呈现出东高西低的特征;(3)我国低纬地区的大气臭氧总量在夏季出现极大值,在冬季出现极小值。计算结果还表明,昆明的臭氧总量要小于其所在纬圈的平均值。

北半球100hPa等压面经向风与臭氧总量年变化

本文用多年平均的北半球100hPa经向风和臭氧总量资料分析了两者的关系,结果发现:臭氧总量的变化与100 hPa经向风密切相关,与100 hPa面上北风相对应的是臭氧高值区,与南风对应的是低值区,前者支配后者.充分说明了臭氧总量变化主要受低层平流层环流影响.

北太平洋上空臭氧总量长期变化趋势及其影响因素分析

本文基于1979—2014年臭氧总量的卫星遥感数据,利用多元线性回归模型对臭氧总量数据序列进行模拟计算,考察了北太平洋上空臭氧总量长期变化趋势及其影响因素的作用.结果表明,北太平洋地区大气臭氧总量长期变化呈现减少趋势,但是减少速率随季节和纬度带表现出差异性,在各纬度带臭氧峰值季节臭氧下降趋势最为显著.在0°—15°N地区臭氧高值出现在夏秋季节并在8月达到峰值,峰值月份臭氧年均下降率约为0.2DU/a;15°—30°N亚热带地区臭氧高值出现在春夏季并在5月达到峰值,峰值月份臭氧年均下降速率约为0.22DU/a;而在30°—45°N中纬度地区臭氧高值出现在冬春季并在2月达到峰值,峰值月份臭氧年均下降率0.75DU/a.在臭氧分布年平均态基础上,影响臭氧总量分布变化的因素主要有臭氧损耗物质(EESC)、太阳辐射周期(Solar)、准两年振荡(QBO)和厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)等.其中,EESC导致臭氧损耗效应随着纬度升高而增大,在从低到高的三个纬度带损耗最大值分别为11DU、16DU和66DU;Solar增强导致臭氧增加,在三个纬度带的增加效应最大值分别为16DU、17DU和19DU;QBO@10hPa和QBO@30hPa对臭氧影响幅度基本在±10DU内波动,只有QBO@10hPa对30°—45°N区域的影响作用达到14DU,值得注意的是QBO影响作用随着纬度变化存在相位差异,在0°—15°N区域臭氧变化与QBO呈现相同相位,而在15°—30°N和30°—45°N区域臭氧变化与QBO呈现相反相位;ENSO对各个纬度带臭氧影响幅度也在±10DU内,ENSO影响作用在不同纬度带也存在相位差异,臭氧总量变化在0°—15°N、15°—30°N区域与ENSO相位相反,在30°—45°N区域与ENSO相位一致.

风云-3A卫星TOU臭氧总量地基对比验证分析

通过地基臭氧总量观测,对风云三号(FY-3A)气象卫星TOU(2009年7月至2013年12月)臭氧总量开展检验分析.结果显示,TOU臭氧总量与地基测值之间的线性相关系数达到0.95以上,相对差别(RD)为(-0.16+4.3)%.赤道地区RD随地基测值的上升明显,太阳天顶角(SZA)为70°以上时TOU臭氧总量明显下降,75°~85°有一4%^-10%不等的降幅.云量变化(0~100%)或云高变化(1~15 km)对RD的影响在±2%以内.RD随着吸收性气溶胶(AI为正值)有-2%^-5%的变化,在南半球中纬度地区明显.TOU与地基Dobson,Brewer及SAOZ光谱仪测值的RD分别为(0.6±0.17)%,(0.05±0.2)%,(0.04±0.01)%.当地基臭氧总量在200 DU以下时,TOU值低于Dobson或SAOZ测值;而在430~500 DU时,TOU高于SAOZ值2%~6%.TOU分别与Dobson,Brewer,SAOZ的RD对SZA(70°以下)、云量变化均不敏感,但TOU分别与Brewer,SAOZ的RD在云高5 km以上时或随AI的增加均出现一定的趋势特征.

亚洲地区OMI和SCIAMACHY臭氧柱总量观测结果比较

利用臭氧观测仪(OMI)和扫描成像大气吸收光谱仪(SCIAMACHY)传感器反演的臭氧总量数据,结合从世界臭氧与紫外线辐射数据中心(WODUC)获取的地面观测臭氧总量数据进行验证,对比2种不同卫星遥感反演的臭氧总量产品优缺点,并分析亚洲地区臭氧总量的时空特征.结果表明,OMI反演的结果比SCIAMACHY的结果更好,而且具有更高的时间和空间分辨率.臭氧总量存在明显的季节变化,在低纬度地区最大值出现在4或5月,最小值在11或12月,而在高纬度地区则分别出现在2月或3月和8月或9月.臭氧总量纬度地带性分布明显,并随着纬度增加而逐渐上升,在10°N^30°N之间,臭氧总量增长平缓,在30°N^50°N之间,臭氧总量快速增大.在青藏高原地区出现臭氧低值区,并在青藏高原东面的横断山脉向低纬度延伸,隔断了臭氧总量的纬度地带性分布.臭氧总量变化在不同纬度呈现不同的模式,距平值随纬度的增大波动随之增大.纬度最低的站点(216)臭氧总量距平值变化最小,最大只有30 DU;而纬度最高的站点(326)臭氧总量距平值变化可达180 DU以上.