区域气候模式和大气化学模式对中国地区气候变化和对流层臭氧分布的模拟

在区域气候模式的基础上引入了对流层大气化学模式，并实现两的双向反馈连接，利用该模式系统模拟中国地区对流层大气臭氧和区域气候，发现东亚季风是影响中国地区对流层大气臭氧分布的重要原因，并且对流层臭氧分布局域性较为明显。模拟也得到了模拟区域气候的四个典型月特征，并与分析资料对比验证了所得结果。此外利用大气化学模式计算的臭氧反馈到区域气候模型中，模拟对流层臭氧增加背景下。模拟区域内晴空辐射强迫的变化。     

臭氧总量的纬度带变化特征分析

利用NOAA卫星的SBUV/2(SBUV:太阳反向散射紫外辐射测量仪)观测仪资料来分析大气臭氧总量多年(1989～2000年)在不同纬度带的趋势变化、年际变化和季节变化。结果表明:各纬度带臭氧总量都是下降的,但下降幅度和速率各不相同。南北纬度带具有不同的年际变化特征。各纬度带臭氧总量在春季最大,秋季最小,夏冬两季处于中间,对于不同纬度带,臭氧总量季节变化也不同。     

亚印太交汇区低纬上空不同层次大气臭氧的时空变化分析

 利用ECMWF 195709~200208共45a的多层臭氧质量混合比月平均资料,详细分析了亚印太交汇区(AIPO)低纬地带上空平流层、对流层各层次上臭氧浓度的分布特征.结果表明:①区域上空对流层、平流层及臭氧总量大尺度特征均显著,纬度带分布特征明显;②对流层和平流层臭氧各个季节变化趋势相反,平流层臭氧和臭氧总量各个季节变化趋势一致;同一层次夏季臭氧浓度变化趋势与其他3个季节变化趋势相反;③区域上空20~3hPa是臭氧浓度的高值区,50~30hPa臭氧平均变化幅度最大;④对流层臭氧距平变化在整个高度上较为一致,正、负距平随季节绕赤道做南、北半球摆动,且存在季节性突变;⑤赤道上空有明显从平流层上层随季节逐渐往较低层传播的臭氧正负距平现象.     

模式水平分辨率对区域降水季尺度模拟的影响

为了检验区域季尺度降水模拟对分辨率调整的敏感响应及其变化规律,利用RegCM3区域气候模式,对整个中国地区及相邻海域进行了季尺度降水模拟.取不同的水平分辨率(30、60、90 km),模拟2000～2004年夏季的降水.本系统可以较稳定地对我国整个地区的降水进行季尺度模拟.与实测资料进行对比,分析其模拟效果.结果表明:区域模式对水平分辨率变化的响应是敏感的,并呈现出复杂的变化规律.     

中国地区大气硫化物分布和输送基本特征的模拟研究

 在区域气候模式的基础上连接大气化学模式,利用耦合的模式系统模拟了中国地区大气二氧化硫和硫酸盐分布和季节变化,发现大气中二氧化硫在冬春季大,夏秋季小.硫酸盐气溶胶浓度在夏季最大,并且从地面到高空单调递减,其浓度的季节变化在400hPa以下最明显.     

对流层垂直臭氧分布变化量对生物质燃烧响应的模拟研究

 采用区域气候模式与大气化学模式相连接的模式系统,模拟研究了对流层垂直臭氧分布变化量对东南亚生物质燃烧排放源强变化的响应程度.结果表明,源区对流层臭氧垂直积分浓度对燃烧源强变化十分敏感,下游区次之.特别是在对流层的中低层影响最显著,但对源区臭氧的贡献比下游区要大得多.在对流层中高层,源区和下游区受影响程度相当.对流层低层源区臭氧增加的时间超前下游区,超前的时间随高度的增加而减小,而在对流层中层出现滞后现象,到对流层高层臭氧最大值出现的时间相同.     

RegCM3对中国地区气候的数值模拟

本文使用RegCM3区域气候模式,嵌套NCEP再分析资料,对中国地区气温、降水的时空分布进行了数值模拟。结果表明,模式对该区域的气候有一定的模拟能力。     

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.     

北半球Hadley环流与臭氧气候演变规律及其相互关系

 利用欧洲中心(ECMWF)1957年9月到2002年8月共540月的ERA-40的经向风和臭氧质量混合比月平均资料,通过定义一系列Hadley环流指数来分析研究Hadley环流与臭氧的气候演变规律及其相互关系.分析指出:①在定义的几个Hadley环流指数中,北半球Hadley环流强度指数(NHCI)与臭氧的相关最好,全球Hadley环流指数(HCI)次之.因此进一步运用功率谱和凝聚谱方法对NHCI与臭氧的变化做出周期分析;②南半球臭氧的时间序列与Hadley环流各指数的相关关系最好,赤道次之,北半球相对小一些;③NHCI与臭氧之间的相关关系总体表现为明显的纬度带分布,说明了不同的纬度,平均经圈环流(MMC)对臭氧的输送作用不同.④NHCI与臭氧的季节变化都十分显著,二者之间有很多显著的共振周期,最突出的约为5~6个月,1 a的共振周期是各自变化的显著周期.臭氧的变化落后于NHCI振荡,且不同的纬度带落后时间长度不同.     

中国东部地区电离层foF2在第22-23太阳活动周时空变化特性

利用我国覆盖高中纬到低纬5个台站第22-23太阳活动周(1995-2006)的foF2每日整点观测数据,分析研究了中国地区foF2的纬度变化、太阳活动变化、日变化、月变化、季节变化、半年变化、年变化和地磁活动变化等变化特性.结果表明:foF2随地理纬度变化,呈负相关关系,即纬度越低,其值越大;foF2与太阳活动F107...     

1979-2011年东亚地区大气臭氧层变化趋势分析

 采用1979—2011年欧洲中期天气预报中心（ECMWF）的ERA-Interim的臭氧总量资料和分层资料,利用气候倾向率、Mann-Kendall检验等方法,分析了东亚地区臭氧总量及对流层、平流层臭氧的变化趋势.研究结果表明：①1979—2011年东亚地区臭氧总量总体来看呈现下降趋势.进一步将所考时段分为2期来看,臭氧总量在II期(1994—2011)稍有上升趋势,但尚未达到Ⅰ期(1979—1993)的平均臭氧总量水平,故认为东亚地区臭氧总量在21世纪初的恢复尚不明显;②东亚臭氧总量33年中的突变点是1984年,显著下降时间是1986年以后;③对东亚对流层-平流层的4个代表层的研究发现,4个层次的臭氧质量分数年际变化均呈下降趋势,其中臭氧质量分数下降速率最快的层次是10hPa,从低层到高层,臭氧质量分数的下降速率呈现“快-慢-快”的变化特点.     

东亚天气季节转换与大气臭氧活动关系的探讨

本文是继文献[1]的研究之后,进一步对大气臭氧层活动与东亚大气环流及天气季节转换之间的关系所作的探讨。我们从天气和动力上简要阐述了大气环流与臭氧层活动的一般关系、对东亚上空的臭氧总量分布和季节变化。臭氧层活动与东亚天气季节转换之间的关系进行了讨论。并付臭氧总量变化与自然天气季节转换资料作了初步计算分析,结果表明。东亚上字臭氧总量的季节变化在纬向和经向上存在着差异。东亚西部中高纬地区上空的臭氧层变化与东亚季节转换有一定的联系。     

龙凤山和瓦里关臭氧总量异常变化与天气过程关系研究

通过对黑龙江龙凤山和青海瓦里关Brewer 地基臭氧总量的长期观测资料以及与观测时段对应的全球 NCEP R1 系列位势高度再分析资料的统计分析发现, 龙凤山和瓦里关臭氧总量观测值有时存在剧烈的逐日变化, 对这种异常变化进行定量分析, 并对其与对流层天气过程的关系进行研究, 发现两者之间存在良好的对应关系。臭氧总量的异常变化大多数出现在11 月至次年5 月的冬、春季节, 并且臭氧总量的异常升高(第一类异值点)总是伴随着平流层低层(250~70 hPa)的槽线和地面(1000 hPa)的低压中心后方的天气形势, 而臭氧总量的异常降低(第二类异值点)则时常伴随平流层低层的脊线和地面的高压中心后方的天气形势, 这表明臭氧总量的异常变化可以作为地面天气系统转变的一个信号。     

冬季Hadley环流活动与大气臭氧变化的关系研究

 利用1957年9月到2002年8月,共540个月的ECMWF的经向风和臭氧质量混合比资料,分析研究了冬季Hadley环流强弱特征的变化对臭氧变化的影响.分析指出在冬季伴随Hadley环流的增强,其中心南移,高度升高,臭氧在对流层增加,平流层减少,臭氧总量呈现出减少的趋势.Hadley环流的增强,中心南移,高度升高以及臭氧在对流层的增加对全球变暖是正反馈,而平流层臭氧减少,臭氧总量减少对全球变暖是负反馈.因此Hadley环流的强弱对臭氧的影响明显.     

卫星遥感监测大气臭氧总量分布和变化

 利用卫星紫外仪器TOMS、OMI和TOU的臭氧总量数据(1979-2014年),研究了全球及关键地区臭氧总量的分布及变化。讨论了南北半球臭氧总量分布和变化的差异,探讨了影响臭氧分布和变化的可能因子。重点分析了中国区域、青藏高原和极地的臭氧变化,并利用FY-3数据对南极臭氧洞和北极臭氧低值进行了监测。结果表明,臭氧总量的分布和变化在中高纬度地区具有很强的不均匀性,极地臭氧损耗依然明显,青藏高原的臭氧增长大于同纬度其他地区,其机制更加复杂。     

利用天顶散射光观测反演大气臭氧柱浓度

利用天顶散射光-差分光学吸收光谱法反演了2006年12月至2007年12月上海地区(31.3°N,121.5°E)上空的臭氧柱浓度.在反演过程中,考虑了O3,NO2,O4,H2O的吸收以及大气Ring效应对测量光谱的贡献.利用经验函数对反演结果进行筛选,将Langley plot方法与O4,H2O的拟合结果相结合,确定参考光谱中的臭氧含量.数据分析表明,2007年上海上空臭氧柱总量高值出现在4月至6月,低值出现在10月至1月,月均值的变化幅度约为50DU.实验测量误差在6%～7%左右.将地基臭氧柱总量观测结果与美国TOMS臭氧观测资料进行对比,二者的变化趋势基本一致,相关系数为0.81,地基观测结果普遍低于TOMS臭氧观测值.最后对二者产生差别的原因进行分析和讨论.     

Extensive halogen-mediated ozone destruction over the tropical Atlantic Ocean

Increasing tropospheric ozone levels over the past 150 years have led to a significant climate perturbation; the prediction of future trends in tropospheric ozone will require a full understanding of both its precursor emissions and its destruction processes. A large proportion of tropospheric ozone loss occurs in the tropical marine boundary layer and is thought to be driven primarily by high ozone photolysis rates in the presence of high concentrations of water vapour. A further reduction in the tropospheric ozone burden through bromine and iodine emitted from open-ocean marine sources has been postulated by numerical models, but thus far has not been verified by observations. Here we report eight months of spectroscopic measurements at the Cape Verde Observatory indicative of the ubiquitous daytime presence of bromine monoxide and iodine monoxide in the tropical marine boundary layer. A year-round data set of co-located in situ surface trace gas measurements made in conjunction with low-level aircraft observations shows that the mean daily observed ozone loss is approximately 50 per cent greater than that simulated by a global chemistry model using a classical photochemistry scheme that excludes halogen chemistry. We perform box model calculations that indicate that the observed halogen concentrations induce the extra ozone loss required for the models to match observations. Our results show that halogen chemistry has a significant and extensive influence on photochemical ozone loss in the tropical Atlantic Ocean boundary layer. The omission of halogen sources and their chemistry in atmospheric models may lead to significant errors in calculations of global ozone budgets, tropospheric oxidizing capacity and methane oxidation rates, both historically and in the future.     

The search for signs of recovery of the ozone layer

Evidence of mid-latitude ozone depletion and proof that the Antarctic ozone hole was caused by humans spurred policy makers from the late 1980s onwards to ratify the Montreal Protocol and subsequent treaties, legislating for reduced production of ozone-depleting substances. The case of anthropogenic ozone loss has often been cited since as a success story of international agreements in the regulation of environmental pollution. Although recent data suggest that total column ozone abundances have at least not decreased over the past eight years for most of the world, it is still uncertain whether this improvement is actually attributable to the observed decline in the amount of ozone-depleting substances in the Earth's atmosphere. The high natural variability in ozone abundances, due in part to the solar cycle as well as changes in transport and temperature, could override the relatively small changes expected from the recent decrease in ozone-depleting substances. Whatever the benefits of the Montreal agreement, recovery of ozone is likely to occur in a different atmospheric environment, with changes expected in atmospheric transport, temperature and important trace gases. It is therefore unlikely that ozone will stabilize at levels observed before 1980, when a decline in ozone concentrations was first observed.