大气对流层顶的臭氧时空分布变化

 利用1958~2001年的臭氧垂直分布和NCEP资料,计算出全球对流层顶的气候场,并对其空间分布、季节、年际和年代际演变进行了分析.结果表明:①对流层顶臭氧质量比呈纬向分布的特征明显,南北半球中纬度和南极为高值区,赤道和北极为低值区,且与对流层顶高度和温度场有对应关系;②从400~70 hPa的温度和臭氧质量比垂直经向剖面中,显现出对流层顶的上层和下层由于具有不同的物理和化学过程导致垂直分布存在差异;③对流层顶臭氧质量比纬向距平场的年代际变率具有不同位相的时空演变尺度,南半球的时空差异比北半球大,南极最不稳定,低纬和赤道地区幅度变化较小,但时间尺度较大;④极地各季节对流层顶的臭氧分布和高度场特征相似,低纬则与温度场分布较一致;⑤对流层顶断裂带中臭氧质量比最大值出现在春季,秋季为最小值,其对应的纬度存在明显的季节空间经向波动,夏季达到最高纬度,冬季到达最低纬度;⑥对流层顶臭氧质量比纬向距平的季节变率表现出准半年变化趋势,且两半球变化趋势相反.     

南亚季风环流与臭氧时空分布变化关系的特征分析

利用2005年1月至2017年12月搭载在美国环境监测Aura卫星上的臭氧监测仪（Ozone Monitoring Instrument, OMI）数据和NCEP气象资料,在夏季风环流指数定义方法的基础上,重新定义了南亚区域冬季风环流指数,并分别计算了南亚夏季风和冬季风环流指数. 结合冬夏两季环流的强弱变化采用相关分析、合成分析和奇异值分解（Singular Value Decomposition, SVD）等方法,探讨了环流异常形势下臭氧的时空变化特征. 结果表明:①南亚夏季纬向环流与经向环流的强度变化存在一致性,冬季经向环流与纬向环流的强度变化差异较大. ②南亚臭氧柱总量的季节变化明显,且近13年来臭氧柱总量整体呈上升趋势. ③夏季（冬季）风环流指数与对流层中低（中高）层和平流层中低层臭氧的相关性显著,但夏季平流层和对流层的相关趋势相反. ④夏季风环流增强对应青藏高原?伊朗高原上空及南侧区域的上升运动增强,对臭氧的输送作用是造成对流层臭氧分布呈现差异的原因. ⑤冬季风环流强弱期的垂直上升和下沉运动中心的移动,以及南北向、东西向气流交汇区的差异是造成臭氧分布不同的原因.     

全球对流层顶气压场和温度场的时空演变结构特征

 利用1948~2004年共57年的对流层顶气压场和温度场资料,对全球对流层顶平均温压场的空间分布结构、年际和年代际变化以及季节变化进行了分析.结果表明:①热带对流层顶和极地对流层顶的平均气压场的空间位置和热状况大致吻合,并存在空间波动性,两半球对流层顶的温压场具有显著的非对称性;②对流层顶的纬向气压与温度距平场都具有不同尺度的年际和年代际变化,两极地区对流层顶的温压场最不稳定,两半球中纬度地区的时间演变尺度存在明显差异.对流层顶断裂带及其对应温度的时空波动存在反位相关系,20世纪70年代末温度出现突变现象,此时对流层顶断裂带迅速向南部空间移动;③不同季节对流层顶的温压场都将进行空间结构的调整,两者之间存在着季节变化的协调性,但北半球较南半球的演变过程复杂;④对流层顶温压场纬向距平的季节变率可划分为5个位相不同的时空波动区域,构成了气压场和温度场的经向型相关结构.北极地区气压场变化有超前于温度场变化的趋势,对流层顶断裂带的温度季节变化存在着双峰波动结构.冬半年断裂区的地理位置较夏半年稳定,气压场和温度场的最大季节变程均发生在南极.     

基于OMI数据分析青藏高原周边对流层低层臭氧的分布特征

提出一种利用地形海拔落差以及臭氧总量差来估算对流层低层大气臭氧浓度的方法.根据搭载于美国宇航局Aura卫星上的臭氧监测仪(OMI)提供的臭氧总量日观测数据,利用该方法计算出青藏高原与其周边地区四川盆地及印度北部的地形海拔落差及臭氧总量差,进一步分析了该地区低层大气臭氧的分布特征.结果表明:青藏高原周边地区对流层低层大气臭氧分布呈明显的季节变化,且低层大气臭氧分布有南北差异,南部臭氧含量高于北部.     

利用探空资料对对流层-平流层热力结构的分析

利用16个探空站近6年的高分辨率探空资料,采用经验正交函数和数值积分等方法,分析了对流层、对流层顶和平流层下层的温度层结特征,主要得出以下结论:①对流层顶温度年变幅最小,对流层上层和平流层下层(包括对流层顶)与对流层中低层具有相反的温度变化趋势.②不同地区对流层顶高度表现为随纬度升高而降低的规律,平均每升高1°对流层顶高度下降44 m,同纬度高原地区对流层顶高度高于平原地区.③各站对流层平均温度总体表现为单峰型结构,与地面温度的季节变化特征相同,只是年较差小于地面.④对流层顶高度与对流层平均温度具有显著的正相关关系,对流层增温时对流层顶高度升高,对流层顶高度主要取决于对流层热力状况.     

对流层顶大气臭氧的季节变化研究

 采用季节划分和季节突变的概念、理论及方法,对44a(1958~2001年)的大气臭氧资料及对流层顶气压场资料进行了计算,并分析了对流层顶大气臭氧的季节变化.结果发现对流层顶大气臭氧的季节变化在全球大部分区域中的突变性都比较明显,表明对流层顶大气臭氧的季节变化受到上对流层和下平流层中多种因素的影响.通过分析还发现,利用曾庆存所定义的参数R_W(t)及有关的一些概念和方法确能很好地反映对流层顶大气臭氧的季节变化.     

利用向下控制原理对Brewer-Dobson环流变化趋势的研究

 利用ERA-Interim 1979—2011年的逐日数据,通过向下控制原理研究了Brewer-Dobson(BD)环流的季节变化和年际变化.结果表明：对流层剩余环流在15°～30°间为下沉运动,在30°～50°呈上升运动,50°～极地又呈现出下沉运动,且低纬度的上升强度大于中高纬度的上升强度.平流层中环流在30°～45°间下沉,而在45°～60°间又呈上升运动,再在60°～极地间下沉.剩余环流的分布形势具有明显的季节变化特征,冬半球的环流形势要强于夏半球,春秋季期间,环流在两半球呈相对的对称形势.且穿越100hPa面上热带和热带外两半球的质量通量也具有明显的季节变化特征.在过去的33a间平流层BD环流有微弱的增强趋势.
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四川盆地非典型暴雨过程分析

 基于NCEP 1°×1°资料,且在高空探测和卫星云图的基础上,利用涡度方程分析了2009年6月28日四川盆地发生的区域暴雨过程,结果表明:①500 hPa环流变化与贝加尔湖南侧低槽扰动及高原切变线有关,在暴雨开始前后降水环流形势出现较快的调整,贝加尔湖冷槽南移影响四川盆地.700 hPa西昌一带的西南风加大,并在雨区具有中尺度结构的降水云团发展.②诊断分析表明,局地涡度分布对降水系统的发展具有重要作用,在短波槽扰动区域内,通常∂ζ/∂t>0.暴雨临近时,正局地涡度变化区域偏北,槽偏北,雨区仍为负局地涡度.暴雨开始时,雨区上空转为正局地涡度.在700 hPa上,正局地涡度的分布也对低层降水系统发展起到重要作用,正局地涡度变化的分布首先是开始于盆地西北部,然后发展到暴雨区域,再逐渐往盆地南部发展,与云团移动路径和降水发生趋势较为一致.③一定程度上,当500和700 hPa两层的正局地涡度变化中心位置叠加在同一地方时,正涡度深厚,往往是暴雨发生的区域,因此正局地涡度变化可以作为判断降水落区的一个物理要素来参考.     

穿越东亚不同定义对流层顶质量和臭氧通量的分析

选取动力学和热力学定义的对流层顶作为平流层和对流层之间的分界,并利用等熵坐标下的Wei公式对东亚地区穿越对流层顶的质量和臭氧通量进行了分析,结果发现对流层顶的选择对于研究平流层与对流层交换方面的作用至关重要.东亚地区质量和臭氧通量交换在整体上具有明显的年代际变化特征,1958～2001年近44a的通量交换距平变化可以分为3个比较稳定的时段:即1958～1971,1972～1985和1986～2001年.在这3个时段中,通量交换距平分布表现为"负正负"的变化趋势,说明在东亚地区质量和臭氧净通量交换情况为先增强后减弱.东亚地区平流层和对流层之间质量和臭氧交换正距平区在东北平原和华北平原附近经历了一个逐渐增强的变化过程,表明这些区域在东亚地区平流层和对流层之间的质量和臭氧通量交换中扮演着越来越重要的角色.     

1997～1999年亚洲季风区夏季水汽输送的差异分析

 利用ECMWF的水汽和风场资料,对东亚、东南亚和印度季风区1997～1999年各年夏季(6～8月)300～1000hPa气层间的水汽输送及其差异进行了计算分析.结果表明:①水汽输送的经向通量,在印度尼西亚-中国南部-日本南部为向北(正)的通量,从1997年到1999年夏季经向通量是由弱变强再变弱,而在澳大利亚北部-印度尼西亚则是由强变弱再变强;②水汽输送的纬向通量,1997年夏季正输送的东西范围比1998年和1999年夏季要广,但南北范围较窄;③中国东南部、南海到日本东部海域的负水汽平流在1998年夏季最大;④风场散度引起的水汽通量散度,在阿拉伯海和孟加拉湾1998年夏季最小,在东亚和西太平洋地区这3年变化很大.