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太平洋海温和北极海冰对北极平流层臭氧的影响研究

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太平洋海温和北极海冰对北极平流层臭氧的影响研究

作者：索春男兰州大学

学位级别：硕士

本文利用TOMS、MLS卫星资料以及MERRA和ERA-Interim再分析资料,结合SLIMCAT三维大气化学传输模式,通过模式模拟和个例分析,研究了北极平流层臭氧变化特征及化学过程在北极平流层臭氧变化中的作用,探讨了太平洋海温尤其是ENSO以及北太平... 详细信息

本文利用TOMS、MLS卫星资料以及MERRA和ERA-Interim再分析资料,结合SLIMCAT三维大气化学传输模式,通过模式模拟和个例分析,研究了北极平流层臭氧变化特征及化学过程在北极平流层臭氧变化中的作用,探讨了太平洋海温尤其是ENSO以及北太平洋区域海温异常以及北极海冰覆盖异常引起的北极平流层臭氧变化及其影响机制,得到了以下几点主要结论:1.利用SLMCAT模式模拟的大气中臭氧浓度数据结合TOMS卫星资料及MERRA再分析资料,选取1997年和2011年作为北极平流层臭氧异常变化个例进行了分析。分析结果表明,在1997年和2011年3月北极地区柱总量臭氧(TCO)存在极端异常偏低的现象,是近三十年TCO负异常最大的两年。1997年和2011年3月北极地区大气臭氧柱总量异常值都达到了约100 DU,并且在30–200 hPa(中下平流层)区域的TCO异常占整层大气TCO异常的约80%。4月开始1997和2011年的TCO开始恢复,但2011年的TCO恢复速度要比1997年的快的多。进一步分析大气化学过程在这两年臭氧变化中的作用后发现,这两年3月北极平流层温度异常偏低,形成了对臭氧损耗催化效率极高的极地平流层云(PSCs),使大量的活性氯在PSCs表面被释放,加剧了臭氧的损耗。尤其是在2011年3月,北极上空温度更低,形成了更多的PSCs甚至出现了第二类极地平流层云(PSCII),显著加剧臭氧的化学损耗导致TCO异常偏低。2.利用Hadley中心的海表面温度(SST)资料以及ERA-Interim再分析资料评估了太平洋不同区域海温异常对北极平流层臭氧的影响,诊断了ENSO影响北极平流层臭氧的特征和机理,探讨了北太平洋海温异常引起的动力过程异常对北极平流层臭氧的影响过程和机制。分析表明:发生在这两年的极端臭氧偏低事件都是由于上一年冬季的La Ni?a事件导致上传到平流层的行星波减少,从而使得北极极涡加强、平流层温度异常偏低,进一步导致臭氧化学损耗增强;1997年和2011年极地平流层1-30 hPa区域的TCO的异常主要是动力过程造成的,其主要原因是由于BD环流减弱,使得平流层内从低纬度向极地的动力输送减弱,也即高浓度臭氧空气向向极地的传输减弱,从而造成了1-30 hPa区域TCO的减少。2011年北极地区上对流层下平流层(UTLS)区域臭氧的减少要明显强于1997年,其主要原因是2010–2011冬季的La Ni?a活动更强,同时2011年北太平洋海温更暖,阿留申低压异常偏弱导致平流层的波活动减弱。平流层内波活动的减弱导致2011年极涡温度异常偏低,形成了更多的PSCs甚至出现了第二类极地平流层云(PSCII),最终加剧了该年春季的臭氧化学损耗。分析还表明冬季北太平洋海温偏低时,北极地区极涡减弱,北极春季臭氧增加;相反,当冬季北太平洋海温偏高时,北极极涡加强,北极地区春季臭氧减少。3.利用Nino3指数结合1979-2011年Hadley中心的海温和海冰覆盖数据分析了拉尼娜事件、北太平洋海温的异常以及北极海冰变化对北极平流层臭氧的影响。分析表明,上一年冬季发生的强厄尔尼诺事件、当年冬季北太平洋海温的异常升高及北极海冰尤其是巴伦支海-喀拉海(B-K)区域海冰覆盖的减少都会导致进入平流层的行星波通量减弱,进而使得极涡温度减低,增强北极平流层内臭氧的损耗。在1997和2011这两年La Ni?a事件过程中,1997年冬季北极海冰增加,2011年北太平洋海温升高,这两种变化都会导致行星波减弱,进而北极极涡加强,其对北极平流层臭氧的影响与La Ni?a事件对北极平流层臭氧的影响叠加增强,造成了1997年和2011年超强的北极平流层臭氧损耗事件。

关键词：北极平流层臭氧极地平流层云 ENSO 北太平洋海温北极海冰

1997年和2011年春季北极臭氧损耗事件的对比分析

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气象学报 2017年第3期75卷 492-505页

作者：索春男田文寿谢飞雒佳丽张健恺兰州大学半干旱气候变化教育部重点实验室兰州730000 北京师范大学全球变化与地球系统科学研究院北京100875

采用SLIMCAT化学传输模式以及再分析资料,对比分析了1997和2011年北极地区平流层臭氧异常偏低事件及其成因。结果表明,1997和2011年3月北极地区大气臭氧柱总量(TCO)异常值都达到了约-80 DU,并且在30—200 hPa(中下平流层)区域的大气臭... 详细信息

采用SLIMCAT化学传输模式以及再分析资料,对比分析了1997和2011年北极地区平流层臭氧异常偏低事件及其成因。结果表明,1997和2011年3月北极地区大气臭氧柱总量(TCO)异常值都达到了约-80 DU,并且在30—200 hPa(中下平流层)区域的大气臭氧柱总量异常约占整层大气臭氧柱总量异常的80%。分析表明发生在这两年的极端臭氧偏低事件均可能是由于上一年冬季的拉尼娜事件导致上传的行星波减少,使得北极极涡加强,平流层温度异常偏低,生成了更多极地云,引起更强的臭氧化学损耗导致的。对比这两年的大气臭氧柱总量变化发现,2011年的柱总量减少得更快。2011年北极地区上对流层下平流层(UTLS)区域臭氧下降要明显强于1997年,其主要原因应该是2010—2011冬季的拉尼娜活动更强,北太平洋海温更高,进一步减弱阿留申低压和平流层波活动。这导致2011年极涡温度异常偏低更强烈,形成了更多的极地平流层云甚至出现了第二类极地平流层云,最终加速该年春季的臭氧化学损耗引起的。

关键词：北极臭氧损耗极地平流层云海温异常

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北极海冰对北极平流层臭氧变化的影响研究

北极海冰对北极平流层臭氧变化的影响研究

第35届中国气象学会年会

作者：索春男田文寿河北省沧州市气象局兰州大学半干旱气候变化教育部重点实验室

本文利用Nino3指数结合1979-2011年Hadley中心的海温和海冰覆盖数据本章分析了同为La Ni?a事件影响下的5个个例年份但北极平流层臭氧变化不同的主要原因,并分析了北极海冰异常尤其是巴伦支海-喀拉海B-K区域海冰的变在这些年北极平流层... 详细信息

本文利用Nino3指数结合1979-2011年Hadley中心的海温和海冰覆盖数据本章分析了同为La Ni?a事件影响下的5个个例年份但北极平流层臭氧变化不同的主要原因,并分析了北极海冰异常尤其是巴伦支海-喀拉海B-K区域海冰的变在这些年北极平流层臭氧变化中扮演的角色,分析结果表明,如果北极海冰减少,尤其是巴伦支海-喀拉海(B-K)区域海冰的减少会增加行星2波的上传,导致北极极涡减弱,极区平流层温度增加,减弱平流层臭氧损耗;而B-K地区海冰增加,地表温度降低会引起该区域上空位势高度降低,位势高度的降低减弱了西伯利亚高压的强度,同时导致行星波的减弱,行星波减弱则会导致上传的动量和热量减少,极涡加强,因而发生在1997年冬季的北极海冰的增加对北极平流层臭氧的作用叠加了La Ni?a事件对北极平流层臭氧的减少作用,2011年则是叠加了北太平洋海温对北极平流层臭氧的影响,因而1997年和2011年是近30年北极平流层臭氧损耗最严重的两年。

关键词：北极海冰平流层臭氧臭氧损耗行星波活动

太平洋SST异常对北极平流层臭氧异常的影响

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太平洋SST异常对北极平流层臭氧异常的影响

第33届中国气象学会年会

作者：索春男田文寿兰州大学半干旱气候变化教育部重点实验室兰州大学大气科学学院

利用三维化学传输模式（SLIMCAT）模拟的北半球臭氧以及臭氧损耗物质资料以及再分析资料对太平洋SST异常对北极地区平流层臭氧异常的影响进行分析,本文将太平洋划分不同区域,分析不同区域的作用效果,结果表明,北太平洋SST和Nino3区SST... 详细信息

利用三维化学传输模式（SLIMCAT）模拟的北半球臭氧以及臭氧损耗物质资料以及再分析资料对太平洋SST异常对北极地区平流层臭氧异常的影响进行分析,本文将太平洋划分不同区域,分析不同区域的作用效果,结果表明,北太平洋SST和Nino3区SST异常即厄尔尼诺南方涛动（ENSO）事件都会对北极平流层臭氧变化产生影响,ENSO正（负）异常分别会在3个月和12个月后通过行星波扰动异常引起北极极涡减弱（加强）,平流层臭氧的正（负）异常响应,而北太平洋SST正（负）异常则会同时通过阿留申低压异常引起行星波扰动使得北极极涡加强（减弱）,进而使得平流层臭氧的负（正）异常响应;通过叠加北太平洋SST和ENSO对北极平流层臭氧变化的作用效果,对比北太平洋SST异常以及ENSO的影响发现,北太平洋SST异常对北极平流层臭氧的影响要强于ENSO对北极平流层臭氧变化的影响。

关键词： ENSO 北太平洋SST异常北极臭氧异常

河北平原冬季连续两次特强浓雾天气特征及成因分析

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河北平原冬季连续两次特强浓雾天气特征及成因分析

中国环境科学学会2022年科学技术年会

作者：索春男闫春旺张敏河北省沧州市气象局内蒙古大学生态与环境学院

本文利用2019年2月18日到2月23日河北省国家站地面、高空观测资料以及NCEP再分析资料,从环流形势、温湿场、动力场及边界层特征等方面对2019年2月20日和2月21日清晨河北平原局地出现能见度不足50 m的特强浓雾天气进行了特征分析和成因分... 详细信息

本文利用2019年2月18日到2月23日河北省国家站地面、高空观测资料以及NCEP再分析资料,从环流形势、温湿场、动力场及边界层特征等方面对2019年2月20日和2月21日清晨河北平原局地出现能见度不足50 m的特强浓雾天气进行了特征分析和成因分析,分析结果表明:本次过程雾强度大,能见度低,持续时间短,午后能见度回升明显,分析主要以辐射雾为主;两次大雾发生在大尺度下沉运动背景下,高空环流形势稳定,中层风速小,地面处于高压前部,有利于冷空气南下造成河北平原大雾天气;大雾发生时温度场1000 hPa以上具有弱逆温或等温特性,1000 hPa与地面气温之差为3-6℃,表明200 m以下近地面存在强逆温,大气层结稳定,边界层高度低,有利于大雾的产生和维持。湿度场具有"下湿上干"特点,"上干"高空无云,有利于晴空辐射降温,"下湿"有利于近地面空气达到饱和。除此之外,雪后充足水汽和辐射冷却造成了20日强浓雾的形成;而21日主要由于近地面强降温使空气达到饱和形成了21日清晨的强浓雾过程。

关键词：河北平原特强浓雾环流形势温湿场特征

河北平原冬季连续两次特强浓雾天气特征及成因分析

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农业灾害研究 2020年第4期10卷 75-78页

作者：索春男闫春旺张敏河北省沧州市气象局河北沧州061001 内蒙古大学生态与环境学院内蒙古呼和浩特010021

利用2019年2月18—23日河北省国家站地面、高空观测资料以及NCEP再分析资料,从环流形势、温湿场、动力场及边界层特征等方面对2019年2月20日和2月21日清晨河北平原局地出现能见度不足50 m的特强浓雾天气进行特征和成因分析。结果表明:... 详细信息

利用2019年2月18—23日河北省国家站地面、高空观测资料以及NCEP再分析资料,从环流形势、温湿场、动力场及边界层特征等方面对2019年2月20日和2月21日清晨河北平原局地出现能见度不足50 m的特强浓雾天气进行特征和成因分析。结果表明:本次过程雾强度大,能见度低,持续时间短,午后能见度回升明显,主要以辐射雾为主;两次大雾发生在大尺度下沉运动背景下,高空环流形势稳定,中层风速小,地面处于高压前部,有利于冷空气南下造成河北平原大雾天气;大雾发生时温度场1000 hPa以上具有弱逆温或等温特性,1000 hPa与地面气温之差为3℃~6℃,表明200 m以下近地面存在强逆温,大气层结构稳定,边界层高度低,有利于大雾的形成和维持;湿度场具有“下湿上干”特点,“上干”高空无云,有利于晴空辐射降温,“下湿”有利于近地面空气达到饱和;雪后充足的水汽和辐射冷却造成了20日强浓雾的形成;而由于近地面强降温使空气达到饱和形成了21日清晨的强浓雾过程。

关键词：河北平原特强浓雾环流形势温湿场特征

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北极极涡与平流层臭氧异常之间的相互联系

北极极涡与平流层臭氧异常之间的相互联系

第32届中国气象学会年会

作者：索春男田文寿张健恺兰州大学半干旱气候变化教育部重点实验室兰州大学大气科学学院

本文利用NASA(National Aeronautics and Space Administration)臭氧监测网站资料、美国航空航天局MERRA(Modern-Era Retrospective Analysis for Research and Applications)再分析资料以及欧洲气象中心ERA-Interim再分析资料对北极极涡与极地臭氧的诊断分析。结果表明,1984年和1989年北半球极地平流层臭氧异常偏高,这主要是中高纬度向极地输运的行星波增强所造成的;1997年和2011年北极平流层总臭氧含量异常偏低,这两年各例中475K等熵面极地平流层云含量异常偏高导致上臭氧化学损耗增多,1997年600K等熵面上发现的臭氧混合比有异常的增加,然而2011年这一层的臭氧却是降低的,主要是由于此时该层极涡减弱,极地低浓度臭氧向中高纬扩散导致的。研究还发现,寒冷并且强大的极涡会导致极地平流层空气与极涡外空气相孤立,阻碍混合输送对极地平流层臭氧的补充,是造成臭氧含量偏低的根本原因;相反,偏弱并且内部温度异常偏暖的极涡会使北极平流层臭氧含量偏高。同时,极涡持续时间的长短也可能是影响极地臭氧的一个关键因素,其影响甚至可能比极涡强度对臭氧的影响更大。

关键词：北极平流层臭氧化学损耗极涡

1972—2021年沧州市霜冻灾害变化及其对农业的影响

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陕西气象 2023年第4期 46-50页

作者：秦俊灵魏秀梅索春男沧州市气象局河北沧州061001

利用沧州市1972—2021年地面最低温度的逐日资料,按轻度、中度和重度3级霜冻强度,采用气候倾向率、Mann-Kendall检验等方法,对沧州市霜冻灾害变化及其对农业的影响进行了分析。结果表明:近50 a来,沧州市霜冻总日数呈减少趋势,气候倾向率... 详细信息

利用沧州市1972—2021年地面最低温度的逐日资料,按轻度、中度和重度3级霜冻强度,采用气候倾向率、Mann-Kendall检验等方法,对沧州市霜冻灾害变化及其对农业的影响进行了分析。结果表明:近50 a来,沧州市霜冻总日数呈减少趋势,气候倾向率为-4.2 d/10 a,其中轻度霜冻日数呈增多趋势,而中度、重度霜冻日数呈显著减少趋势;初霜冻均呈推迟趋势,终霜冻均呈显著提前趋势;异常早初霜冻和异常晚终霜冻的发生频率分别为46%和50%,21世纪以后,出现异常晚终霜冻的次数明显多于异常早初霜冻。初、终霜冻对秋粮、春播作物基本无影响;21世纪以后初霜冻对大白菜基本无影响;轻度特晚、偏晚终霜冻会危害开花期的冬小麦,平均每5 a出现1次;轻度偏晚、特晚和中度终霜冻对开花期—幼果期的梨树危害较大。

关键词：霜冻日数初霜冻终霜冻变化趋势农业灾害

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北极极涡对极地平流层臭氧变化的影响研究

干旱气象 2017年第2期35卷 190-198页

作者：索春男田红瑛闫春旺雒佳丽半干旱气候变化教育部重点实验室兰州大学大气科学学院甘肃兰州730000 河北省沧州市气象局河北沧州061000

利用1981—2011年TOMS卫星逐月TCO资料、NASA极涡面积监测逐日资料及1979—2012年ERA-Interim再分析逐日资料,通过异常增加个例分析研究了北极极涡对极地平流层臭氧含量的影响。结果表明:1984年和1989年2月北极极涡分别表现为偏移型和... 详细信息

利用1981—2011年TOMS卫星逐月TCO资料、NASA极涡面积监测逐日资料及1979—2012年ERA-Interim再分析逐日资料,通过异常增加个例分析研究了北极极涡对极地平流层臭氧含量的影响。结果表明:1984年和1989年2月北极极涡分别表现为偏移型和分裂型,由于中高纬向极地输运的行星波的增强导致极地平流层极涡减弱,使得这2年3月初极涡提前崩溃,进而引起极区温度升高,原本在2月形成的极地平流层云(PSCs)消失,臭氧化学损耗减弱。由于高浓度臭氧从中纬输送到极区,导致这2年3月北极区臭氧柱总量(TCO)异常偏高。值得注意的是,尽管1984年和1989年整个冬季极涡面积都相对较大,但由于3月初极涡的提前崩溃使得这2年臭氧迅速恢复,且极涡的持续时间比极涡面积对臭氧的影响更大。

关键词：北极极涡北极平流层臭氧变化行星波