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平流层-对流层相互作用研究进展：等熵位涡理论的应用及青藏高原影响 总被引：2，自引：1，他引：1
系统介绍了近年来应用等熵位涡理论研究平流层-对流层动力相互作用所发现的一些新的事实和机理,包括平流层冬季极涡振荡过程中平流层、对流层环流异常的时空传播特征,以及等熵质量理论框架下的平流层-对流层动力耦合机理,还介绍了影响平流层环流年际尺度异常的因子及影响过程。回顾了夏季青藏高原的热力作用所激发的负位涡强迫源对东亚及全球大气环流的影响。并基于对夏季高原周边等熵位涡经向输送垂直分布的诊断进一步说明,夏季青藏高原的存在使高原东缘及东亚地区成为平流层和对流层物质交换的独特区域,探讨了夏季青藏高原影响平流层-对流层动力耦合的一种重要途径及其影响全球气候的重要意义。 相似文献
2.
平流层对对流层的作用是准确评估、预测对流层气候变化的一个重要方面。其中平流层成分尤其是臭氧的变化,可以改变平流层乃至对流层的辐射平衡,从而影响平流层、对流层的热动力过程。本文从辐射、动力2个角度介绍了平流层臭氧影响对流层气候变化的若干研究进展。平流层臭氧可以通过长短波辐射的方式对对流层大气造成辐射强迫,利用大气化学气候模式可以定量计算平流层臭氧变化引起的辐射强迫,但是辐射强迫的估算受模式中辐射传输模块本身缺陷的影响存在不确定性。动力方面,平流层臭氧变化产生的辐射效应可以改变温度的垂直和经向梯度,造成波折射指数的变化,进而影响平流层甚至对流层内波的折射与反射,通过上对流层下平流层区域内的波—流相互作用,对对流层气候产生影响。另外,南极臭氧损耗可通过大气环状模影响冬春季中高纬度对流层的天气气候,但是其影响的强度大小以及物理机制仍需进一步的确认。值得注意的是,北极平流层臭氧的变化与北半球中高纬度气候变化之间的关系相比南半球要更加复杂,需要更为深入的研究。 相似文献
3.
采用A-Train系列卫星的AURA/MLS水汽、温度资料,CALIPSO/CALIOP云物理资料,结合ECMWF气象再分析资料,分析了东亚地区云顶高于对流层顶事件(Cloud Top Above the Tropopause,CTAT)的区域分布,及其对上对流层-下平流层(Upper Troposphere and Lower Stratosphere,UTLS)水汽和温度结构的影响。结果表明:亚洲季风区的夏季CTAT发生率是30%~55%,为全球最强区域;东北亚的夏季CTAT发生率是15%~20%,为中纬度最强分布区。以CTAT为指标的合成结果表明:15~30°N的东亚-西太平洋UTLS,水汽呈"上干下湿"的异常分布,温度呈"上冷下暖"的异常分布,该结构与该区域热带气旋合成的结果一致,说明热带气旋是该区域CTAT形成的主要天气系统;35~50°N的东北亚UTLS,水汽呈"上干下湿"的异常分布,温度呈"上暖下冷"的异常分布,该结构与该区域温带气旋合成的结果一致,说明温带气旋是该区域CTAT形成的主要天气系统。 相似文献
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热带平流层与对流层之间相互作用的研究进展 总被引：6，自引：1，他引：6
以热带平流层和对流层大气中的准两年振荡和ENSO现象,以及热带平流层和对流层交换（STE）过程为主轴,介绍了热带平流层和对流层大气相互作用方面的一些研究进展。众多的研究结果表明,平流层准两年振荡（QBO）和对流层准两年振荡（TBO）存在潜在联系,但二者之间相互作用的物理机制还不是很清晰。QBO对平流层大气中化学成分的空间分布具有显著的影响,但其中的化学-辐射-动力反馈作用目前还未得到充分的研究。以往的研究提供了ENSO影响热带平流层大气令人信服的证据,但影响的程度和范围还未形成一个共识,其中一个原因是平流层内的ENSO信号受到火山喷发和太阳活动的干扰。一些研究指出ENSO事件通过改变行星波的强度和传播对极地平流层大气产生影响,而平流层过程也会对ENSO的发生、发展和演变产生影响,但其可靠性需要进一步的确证。目前,一个较一致的结论是全球变暖会导致热带上涌增强,STE加快。然而,影响热带STE的大气过程较多,特别是季风系统和热带深对流系统对STE的贡献还需要深入的分析研究。 相似文献
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利用Aura卫星微波临边观测仪(Microwave Limb Sounder,MLS)数据,评估了ERA-I、MERRA、JRA-55、CFSR和NCEP2等5套再分析资料的水汽数据在青藏高原及周边上对流层-下平流层(Upper Troposphere and Lower Stratosphere,UTLS)的质量,然后选取其中质量较好的两套水汽数据,分析它们对青藏高原及周边UTLS水汽的时空分布和演变的表征能力。结果表明,与MLS数据相比,5套再分析资料中在UTLS普遍偏湿,最大偏湿在上对流层215 hPa,约为165%,而在下平流层,ERA-I和MERRA与MLS的差异相对较小。总的来看,ERA-I和MERRA表征的水汽与MLS更为接近。进一步的对比表明,ERA-I和MERRA中青藏高原及周边水汽含量的时空分布与MLS较为接近,夏季能够表征青藏高原在纬向和经向上的水汽高值区,冬季能够表征对流层顶、西风急流中心附近的水汽梯度带,而且MERRA的结果要好于ERA-I。ERA-I、MERRA和MLS中青藏高原地区的水汽季节演变都表现为冬季1-2月水汽含量低,夏季7-8月水汽含量高,水汽的季节变化在200~300 hPa最大。MLS资料显示,在青藏高原地区对流层顶附近,存在随时间向上向极的水汽传输信号。相较而言,ERA-I对向上水汽传输信号的表征更好,而MERRA对下平流层(100 hPa)向极水汽传输信号的表征更好。 相似文献
6.
利用欧洲中心ERA-Interim再分析资料,对"05·6"华南持续性暴雨发生前上对流层及平流层信号进行分析。分析结果表明,暴雨发生前一周,暴雨区域上空对流层顶高度出现先降低后升高再降低的变化,这种变化与日本南部的位涡异常存在较好的对应关系,即我国中纬度沿海一带至日本的高位涡带向华南延伸,使得华南地区上空的位涡升高,对流层顶下降。在环流场中,本次暴雨发生前低纬地区上对流层下平流层（UTLS）区域的东风与1991~2010年平均值相比偏强偏北,华南地区上空平流层东风场也偏强,平流层低层东风在暴雨发生前第9天提早向下传播;位势高度场中,"05·6"华南暴雨发生前中低纬度100 hPa上的南亚高压中心位置偏东偏南;华南地区UTLS区域有较强的位势高度场正异常,在暴雨发生前随时间出现两次明显的加强,但在暴雨发生后减弱。南亚高压中心位置的偏移、东风信号的提早下传、高位涡空气入侵华南均有利于降水的发生。 相似文献
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东亚地区一次切断低压引起的平流层、对流层交换数值模拟研究 总被引：16，自引：4，他引：12
用中尺度模式(MM5)模拟研究东亚地区(网格中心45°N,120°E)一次强切断低压过程(2000年4月8日～12日)引起的平流层、对流层交换.用Wei公式计算此次过程由平流层到对流层的净交换量为5.0×1014 kg,平均交换通量为-0.72×10-3 kg m-2 s-1.地面锋与高空锋的相互作用,在急流入口处和高空锋区出现对流层顶折叠,并引起平流层、对流层物质交换,其中空气的水平运动起主要作用.利用历史天气图统计东亚地区(20～70°N,80～180°E)切断低压的年平均个数为60,占北半球极区类型切断低压的52%.由此,推断东亚地区的平流层、对流层交换对整个北半球的平流层、对流层交换贡献很大. 相似文献
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首先利用臭氧探空资料验证了Aura-MLS卫星反演臭氧产品在青藏高原地区的可信度, 然后基于2005年和2006年夏季的数据产品确定了亚洲季风区夏季对流层向平流层的输送通道。结果表明, 青藏高原及其周边区域上对流层－下平流层（UT/LS）中, 一氧化碳(CO)和臭氧（O3）浓度散点分布大体上呈现出典型的“L”型分布, 夏季季节内变化反相关特征表现最明显的高度位于150 hPa附近。从时间变化上看, 7月份相关系数最大, 说明该月份对流层－平流层物质交换最为强烈。100 hPa高度位于对流层顶高度以上, 具有对流层特性的大气主要分布在青藏高原东南侧、 孟加拉湾、 印度半岛、 阿拉伯海以及阿拉伯半岛等区域上空, 说明该区域可能是亚洲季风区夏季对流层向平流层物质输送的一个主要通道。 相似文献
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春季青藏高原西北侧一次平流层臭氧向对流层传输的模拟研究 总被引：1，自引：0，他引：1
利用NCEP/NCAR FNL客观分析资料和欧洲中期天气预报中心(ECMWF)的Interim再分析资料以及臭氧监测仪(OMI)的臭氧廓线资料,结合区域大气化学模式WRF-Chem对中国春季一次高空冷槽过境引起的对流层顶折卷过程(2012年3月19—21日)进行了分析,并从平流、湍流混合、对流输送等几个方面诊断分析了平流层臭氧向对流层的传输特征和细节。结果表明,发生于青藏高原西北侧的对流层顶折卷事件,其所在位置处于热带对流层顶向中纬度对流层顶的过渡区,由于陡峭的对流层顶南北梯度,在该区域发生的平流层-对流层物质交换(STE)比对流层顶东西方向折卷引起的物质交换要强烈和持久,跨越等熵面的物质交换和湍流混合对平流层-对流层物质交换有很大的贡献。大地形对平流层-对流层物质交换过程有显著的影响,且具有明显的日变化特征。早晚时段,大地形导致的爬坡上升气流显著,抑制了平流层空气与对流层空气的混合交换。午后,大地形热力作用增强,受背风坡局地环流的影响,靠近山顶处湍流混合作用对上对流层臭氧浓度升高的贡献显著增强,且地形越高,这种效应越显著。地形的湍流混合作用在2.5 km高度以上凸显,此高度之上地形平均高度每升高100 m,湍流混合的贡献增加约1%。 相似文献
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深对流能够向上对流层—下平流层（UTLS）输送大量水汽和污染物,对对流层顶的辐射平衡、平流层的臭氧恢复以及全球气候变化都有着重要的影响。近年来,一系列重要的观测事实发现,青藏高原和亚洲季风区是对流层向平流层物质输送（TST）的重要窗口。本文介绍了近年来取得的一些主要进展和成果,包括:（1）通过卫星观测在青藏高原—亚洲季风区上空发现水汽、气溶胶的极大值区和臭氧的极小值区;（2）深对流活动的主要观测途径和通过卫星观测识别深对流的方法;（3）青藏高原深对流向平流层物质输送的物理过程;（4）青藏高原深对流与亚洲季风区、热带海洋地区深对流的结构差异以及不同环境场对深对流物质输送过程的影响。 相似文献
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夏季是深对流多发的季节,深对流在STE(Stratosphere Troposphere Exchange,对流层-平流层交换)过程中起着重要作用。对2005-2012年夏季我国及周边地区的深对流统计发现,2009年深对流发生的次数较少,2010年深对流发生的次数较多。通过拉格朗日输送模式对2009年和2010年夏季的大气运动状态进行模拟并统计分析,发现30°N以南和以北的地区具有明显不同的平流层-对流层交换特征,30°N以北我国及周边地区TST(Troposphere to Stratosphere Transport,对流层向平流层输送)和STT(Stratosphere to Troposphere Transport,平流层向对流层输送)较为活跃,30°N以南远没有30°N以北地区活跃,但其净输送量却大致相当。在30°N以南,6-8月净输送是对流层向平流层输送。在30°N以北,6月净输送是平流层向对流层输送,7-8月净输送是对流层向平流层输送。比较深对流出现较少的2009年夏季和深对流出现较多的2010年夏季的TST和TST-STT,发现2010年6-8月这3个月的TST和TST-STT总量都超过2009年,表明2010年夏季我国及周边地区对流层向平流层的输送和净输送都强于2009年,与深对流活动的多少可能表现出正相关。 相似文献
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The impact of cut-off lows on ozone in the upper troposphere and lower stratosphere over Changchun from ozonesonde observations 总被引：1，自引：0，他引：1
In situ measurements of the vertical structure of ozone were made in Changchun(43.53?N, 125.13?E), China, by the Institute of Atmosphere Physics, in the summers of 2010–13. Analysis of the 89 validated ozone profiles shows the variation of ozone concentration in the upper troposphere and lower stratosphere(UTLS) caused by cut-off lows(COLs) over Changchun. During the COL events, an increase of the ozone concentration and a lower height of the tropopause are observed.Backward simulations with a trajectory model show that the ozone-rich airmass brought by the COL is from Siberia. A case study proves that stratosphere–troposphere exchange(STE) occurs in the COL. The ozone-rich air mass transported from the stratosphere to the troposphere first becomes unstable, then loses its high ozone concentration. This process usually happens during the decay stage of COLs. In order to understand the influence of COLs on the ozone in the UTLS, statistical analysis of the ozone profiles within COLs, and other profiles, are employed. The results indicate that the ozone concentrations of the in-COL profiles are significantly higher than those of the other profiles between ±4 km around the tropopause. The COLs induce an increase in UTLS column ozone by 32% on average. Meanwhile, the COLs depress the lapse-rate tropopause(LRT)/dynamical tropopause height by 1.4/1.7 km and cause the atmosphere above the tropopause to be less stable. The influence of COLs is durable because the increased ozone concentration lasts at least one day after the COL has passed over Changchun. Furthermore, the relative coefficient between LRT height and lower stratosphere(LS) column ozone is-0.62,which implies a positive correlation between COL strength and LS ozone concentration. 相似文献
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NUMERICAL SIMULATIONS OF THE EFFECTS OF AEROSOLS IN THE ATMOSPHERIC BOUNDARY LAYER ON THE CLIMATE* 
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下载免费PDF全文 Qian Yong fu 《Acta Meteorologica Sinica》1993,7(3):303-315
The climatic effects of the atmospheric boundary aerosols are studied by the use of a three-dimensional climate model.Simulated results show that the climate states both at the surface and in the atmosphere change remarkably when the aerosols with different optical thicknesses and properties are introduced into the atmospheric boundary layer of the model.The aerosols absorb and scatter the solar shortwave radiation,therefore,they reduce the solar energy reaching the ground surface and decrease the surface and the soil temperatures.The temperature in the boundary layer increase because of the supplementary absorption of radiation by the boundary aerosols.In the atmosphere,the temperatures at all isobaric surfaces rise up except for the 100 hPa level.The atmospheric temperatures below the 500 hPa level are directly influenced by the boundary aerosols,while the atmospheric temperatures above the 500 hPa level are influenced by the heating due to convective condensation and the changes in the vertical motion field.Cyclonic differential circulations appear over the desert areas at the low levels,and anticyclonic differential circulations exist at the upper levels in the horizontal flow fields.The vertical motions change in correspondence with the differential circulations.The changes in precipitation are directly related to that of vertical motions.The mechanisms of climate effects of the boundary aerosols are also discussed in this paper. 相似文献
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NUMERICAL SIMULATIONS OF THE EFFECTS OF AEROSOLS IN THE ATMOSPHERIC BOUNDARY LAYER ON THE CLIMATE 总被引：1，自引：0，他引：1 下载免费PDF全文
下载免费PDF全文 钱永甫 《Acta Meteorologica Sinica》1993,(3)
The climatic effects of the atmospheric boundary aerosols are studied by the use of a three-dimensional climatemodel.Simulated results show that the climate states both at the surface and in the atmosphere change remarkably whenthe aerosols with different optical thicknesses and properties are introduced into the atmospheric boundary layer of themodel.The aerosols absorb and scatter the solar shortwave radiation,therefore,they reduce the solar energy reachingthe ground surface and decrease the surface and the soil temperatures.The temperature in the boundary layer increasesbecause of the supplementary absorption of radiation by the boundary aerosols.In the atmosphere,the temperatures atall isobaric surfaces rise up except for the 100 hPa level.The atmospheric temperatures below the 500 hPa level aredirectly influenced by the boundary aerosols,while the atmospheric temperatures above the 500 hPa level are influencedby the heating due to convective condensation and the changes in the vertical motion field.Cyclonic differential circula-tions appear over the desert areas at the low levels,and anticyclonic differential circulations exist at the upper levels inthe horizontal flow fields.The vertical motions change in correspondence with the differential circulations.The changesin precipitation are directly related to that of vertical motions.The mechanisms of climate effects of the boundaryaerosols are also discussed in this paper. 相似文献
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利用MLS卫星资料和ERA-Interim再分析资料,比较了青藏高原和北美夏季臭氧谷的垂直结构和形成机制。结果如下:青藏高原夏季臭氧谷在垂直方向上存在两个低值中心,一个中心位于对流层顶附近,强度约为-15 DU,形成原因主要为水平幅散,另一个中心位于上平流层,强度约为-1 DU,形成原因可能为光化学反应参与的氯自由基的催化损耗。北美夏季臭氧谷仅存在一个低值中心,位于对流层顶附近,该中心强度约为-5 DU,其形成的主要原因是水平辐散。 相似文献
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In the past, satellite observations of the microwave radiation emitted from the atmosphere have been directly utilized for deriving the climate tends of vertical-layer-averaged atmospheric temperatures. This study presents the 30-year atmospheric temperature trend derived by one-dimensional variational (1D-Var) data assimilation of Microwave Sounding Unit/Advanced Microwave Sounding Unit-A (MSU/AMSU-A) observations. Firstly, the radiance measurements from MSU on board the early National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA)-6 to NOAA-14 and AMSU-A on board NOAA-15 to -19 have been inter-calibrated to form a fundamental climate data record. A 1D-Var method is then employed to establish the thematic climate data record of atmospheric temperature profiles that are appropriate for climate change study. Verification of the MSU/AMSU-A derived temperature profiles with collocated Global Positioning System radio occultation data confirms a reasonable good accuracy of the derived atmospheric temperature profiles in the troposphere and low stratosphere. Finally, the global climate trend of the atmospheric temperature in clear-sky conditions is deduced, showing not only a global warming in the troposphere and a cooling in the stratosphere, but also a stronger warming in the upper troposphere than in the low troposphere. 相似文献
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The effects of terrestrial ecosystems on the climate system have received most attention in the tropics, where extensive deforestation and burning has altered atmospheric chemistry and land surface climatology. In this paper we examine the biophysical and biogeochemical effects of boreal forest and tundra ecosystems on atmospheric processes. Boreal forests and tundra have an important role in the global budgets of atmospheric CO2 and CH4. However, these biogeochemical interactions are climatically important only at long temporal scales, when terrestrial vegetation undergoes large geographic redistribution in response to climate change. In contrast, by masking the high albedo of snow and through the partitioning of net radiation into sensible and latent heat, boreal forests have a significant impact on the seasonal and annual climatology of much of the Northern Hemisphere. Experiments with the LSX land surface model and the GENESIS climate model show that the boreal forest decreases land surface albedo in the winter, warms surface air temperatures at all times of the year, and increases latent heat flux and atmospheric moisture at all times of the year compared to simulations in which the boreal forest is replaced with bare ground or tundra. These effects are greatest in arctic and sub-arctic regions, but extend to the tropics. This paper shows that land-atmosphere interactions are especially important in arctic and sub-arctic regions, resulting in a coupled system in which the geographic distribution of vegetation affects climate and vice versa. This coupling is most important over long time periods, when changes in the abundance and distribution of boreal forest and tundra ecosystems in response to climatic change influence climate through their carbon storage, albedo, and hydrologic feedbacks. 相似文献
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夏季南亚高压与邻近上对流层下平流层区水汽变化的联系 总被引：1，自引：0，他引：1
利用1979-2015年ERA-interim月平均再分析资料,分析了夏季南亚高压（SAH）与邻近上对流层下平流层（UTLS）区水汽空间分布特征,讨论了二者的相关关系和因果联系。结果表明:（1）在对流层上层,水汽大值区位于南亚高压的东南侧,并随高度升高向西北倾斜到100 hPa,水汽大值中心基本位于南亚高压中心附近。（2）南亚高压偏强（弱）时,南亚高压东部UTLS区水汽显著偏多（少）,而南亚高压西北部水汽异常不显著。（3）南亚高压偏强（弱）时南亚高压中部UTLS区水汽偏多（少）可能与南亚高压对水汽的抽吸和对水汽输送屏障有关。（4）而南亚高压东南侧UTLS区水汽偏多（少）时南亚高压偏强（弱）可能与深对流输送的水汽潜热释放有关。 相似文献
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北极是全球气候系统平衡的重要一环,近20 a全球变暖现象中,北极迅速增温及融冰是最为引人关注的问题之一。人类影响无疑是过去几十年北极变暖背后的最主要的原因及驱动力,但气候系统的内在自然变率对北极的影响也不容忽视。本文指出,北极变暖的自然影响因子有一部分来源于热带太平洋东部海温的变化,热带太平洋通过由东部海温异常所驱动的大尺度遥相关环流型来影响北极的气候系统,该影响过程在过去20 a的演化是由热带海温的冷异常趋势所触发的。海温的冷异常通过遥相关波列在北极建立起一个异常的高压系统,并通过对大气温度的绝热加热来增加大气向下的长波辐射以加速海冰的融化,该作用在北半球夏天尤为明显,且于2007—2012年达到最大强度。此热带海温异常可能与IPO(the Interdecadal Pacific Oscillation,太平洋年代际振荡)有关,且其对高纬气候的影响可能不同于典型ENSO对高纬气候的作用。通过对CMIP5气候模式的检验可发现,大部分模式对这个热带与北极联系的模拟都存在着显著的偏差和缺陷,具体原因仍需更多研究。本文给出了有关模式局限性的一些猜想,讨论了2020年夏季海冰快速融化的原因,并通过比较2020年夏季的环流异常与之前41 a(1979—2019年)与海冰融化紧密联系的大尺度环流型,进一步探究了2020年夏季热带东太平洋海温的冷异常对北极当季增温及融冰是否具有显著作用。 相似文献
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Jinqiang Zhang Hongbin Chen Yunfei Du Wenzheng Shao Runping Zeng Keping Zhu Yi Liu Yuejian Xuan 《大气和海洋科学快报》2021,14(3):30-35
为提高复杂地理环境和极端天气条件下的大气廓线探测能力,本文自主研发了基于平流层高空气球平台的下投探空系统,并在青藏高原开展探测评估实验.该系统主要由下投探空舱,携带降落伞的下投探空仪,下投施放装置,数据接收通讯天线和GPS模块等组成.下投探空仪测量数据通过卫星通信链路和无线电信号实时发送至数据接收机存储处理.2020年青藏高原实验中8枚下投探空仪全部成功施放,提供了合理有效的大气廓线探测数据.后续会进一步提高下投探空仪传感器性能,全面评估其探测准确性和精度. 相似文献