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[期刊论文] 王春晓 田文寿
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CSTPCD 北大核心
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摘要:利用2005~2014年10年的卫星微波临边探测仪(MLS)资料分析了热带平流层一氧化碳(CO)体积混合比的年际变率,发现热带平流层CO浓度的准两年振荡(QBO)在30hPa高度附近存在明显的位相变化特征.大气化学气候模式模拟结果表明,热带平流层CO的准两年振荡信号是化学和动力过程共同作用的结果,而动力作用主要是QBO引起的次级经向环流引起的物质传输.化学和动力过程共同作用导致热带平流层CO浓度的垂直梯度在30hPa高度处发生反转,进而产生一氧化碳QBO信号的位相变化.此外,化学气候模式模拟结果还表明,与CO有关的化学过程不但可以减弱一氧化碳QBO信号的振幅,还可以在热带30~10hPa高度范围内造成一氧化碳QBO和纬向风QBO信号之间约3个月的时间差....
[博士论文] 王春晓
大气科学·大气物理学与大气环境 兰州大学 2016(学位年度)
摘要:利用卫星观测资料、再分析资料,结合大气化学气候模式(WACCM),研究了热带上对流层下平流层(UTLS)区域一氧化碳(CO)时空变化和热带平流层CO准两年振荡(QBO)位相变化特征的形成机理,分析了亚洲夏季风反气旋环流造成的副热带地区向热带地区的CO水平输送对热带UTLS区域CO时空变化的影响,最后分析了不同区域排放的大气示踪物向UTLS区域动力传输的特征。
  本研究主要内容包括:⑴利用全球化学气候模式WACCM模拟研究了CO地表排放、动力过程及与CO有关的化学过程对热带UTLS区域CO时空变化的影响。模拟结果表明,热带上对流层CO的半年周期变化主要是CO地表排放源的半年周期变化导致的,化学和动力过程的共同作用对CO半年周期变化的影响相对较小。下平流层CO的年周期变化主要是化学和动力过程共同作用的结果,且动力过程造成的CO年周期变化与化学过程造成的年周期变化呈反位相。模拟结果进一步表明,CO地面源排放可减弱下平流层CO年周期变化的振幅,Brewer-Dobson环流经向分量的年变化可增强30 hPa高度以上CO年周期变化的振幅。模拟结果也表明,50-70 hPa高度范围内的CO年周期变化主要与热带上涌的年周期变化信号有关,50 hPa高度以上的CO年周期变化则表现为标准的磁带记录现象,且在没有与CO有关的化学过程的影响时,CO的年周期变化信号可被上传至10 hPa高度。此外,热带深对流活动和亚洲夏季风反气旋环流导致的热带外地区向热带地区的CO水平传输的共同作用导致了热带上对流层和对流层顶附近的CO浓度极大值出现在晚春初夏。⑵利用2005-2014年10年的卫星微波临边探测仪(MLS)资料分析了热带平流层CO的年际变率,发现热带平流层CO准两年振荡在30 hPa高度附近存在明显的位相变化特征。WACCM模式模拟结果表明,热带平流层CO的QBO信号是化学和动力过程共同作用的结果,而动力作用主要是QBO引起的次级经向环流造成的物质传输。化学和动力过程共同作用导致热带平流层CO浓度的垂直梯度在30 hPa高度处发生反转,进而产生CO QBO信号的位相变化。此外,模拟结果还表明,与CO有关的化学过程不但可以减弱CO QBO信号的振幅,还可以在热带10 hPa-30 hPa高度范围内造成CO QBO和纬向风QBO信号之间约3个月的时间差。⑶利用WACCM模式模拟分析了青藏高原、中国东部、印度和东南亚大陆地区的CO地表排放对UTLS区域CO时空分布的影响。模拟结果表明,源于青藏高原和印度地区的CO可在亚洲夏季风反气旋环流内部形成CO浓度高值中心,且高值中心分别在7月和5月最明显;源于中国东部和东南亚大陆地区的CO则沿着亚洲夏季风反气旋环流形成CO浓度的环状高值带,且浓度高值分别在8月和5月最明显。分析还发现,亚洲夏季风反气旋环流可将亚洲地区排放的CO从副热带地区向热带地区输送,最终导致热带UTLS区域5-9月的CO浓度较其他月份偏高。青藏高原、中国东部、印度和东南亚大陆地区排放的CO导致的热带UTLS区域CO浓度增加最为显著的月份分别出现在7月、8月、6月和6月。此外,模拟结果还表明,在青藏高原、中国东部、印度和东南亚大陆地区排放等量的CO时,东南亚大陆地区的CO地表排放对热带UTLS区域CO时空变化的影响最大。⑷利用WACCM模式模拟分析了不同区域排放的大气示踪物在动力作用下向UTLS区域的传输特征。结果表明,在东南亚和亚洲西南部地区排放的示踪物可被更多的上传至平流层;在欧洲地区排放的示踪物可被上传至平流层的量最少。结果还表明,不同区域排放的示踪物主要分布在印度尼西亚、赤道中西太平洋、印度和东南亚大陆以及阿拉伯海和孟加拉湾(60°W-120°E,10°S-30°N)、非洲地区、南美洲中部地区、北半球赤道东太平洋(120°W-80°W,0°-30°N)、以及赤道大西洋西部(80°W-20°W,10°N-10°S)等深对流活动活跃的区域及其附近。在100 hPa高度,非洲和南美洲地区排放的物质在冬季分别在非洲和南美洲中部地区形成浓度高值,这可能与两区域在冬季旺盛的深对流活动有关;受赤道东风带和冬季北半球赤道西太平洋区域反气旋环流对物质水平输送的影响,在非洲和南美洲以外的地区排放的物质在冬季主要分布在印度尼西亚和赤道中西太平洋区域;受深对流活动和亚洲夏季风反气旋环流共同作用的影响,在夏季,欧洲地区、中国东部、东南亚地区和亚洲西南部地区排放的物质主要分布在60°W-120°E,10°S-30°N区域。北美洲南部区域存在的弱的反气旋环流,可能是北美洲和南美洲地区排放的物质在6月分布在赤道东太平洋区域的原因。南美洲和北美洲地区排放的物质在5月在赤道大西洋西部区域形成的浓度高值可能与赤道东风带对物质的水平传输有关。
摘要:本文利用AIRS 和MLS 的一氧化碳(CO)卫星遥感观测资料,对东亚地区2005 年—2010 年不同高度的CO 浓度进行分析研究。结果表明:(1)在对流层不同高度,黄河中下游的中原地区、四川盆地和吐鲁番盆地为CO 浓度高值区,青藏高原是CO 浓度低值区,但在250 hPa 高度层不可见;春季对全年CO 纬向平均浓度贡献最大;一年中,CO 浓度在4 月最大。(2)在平流层不同高度,CO 浓度的分布,四季对全年CO 纬向平均浓度的贡献和CO 浓度随月份变化的差异均较大;其中,夏季CO 浓度在100 hPa 高度层最低,1 hPa 高度层最高。
摘要:全球化学气候模式WACCM3可以很好地再现出CO在上对流层的半年周期和下平流层的年周期变化。文中利用此模式模拟研究CO源,化学过程和动力过程对热带上对流层下平流层(UTLS)区域CO时间变化的影响。模拟结果表明,半年周期主要由地表源排放(或者说生物质燃烧)导致,化学和动力的共同作用也可以产生振幅较小的半年周期,模拟所得半年周期振幅最大出现在100 hPa高度处,振幅约为7 ppbv,其中5 ppbv来源于地面源排放,剩余由化学与动力过程共同作用导致。模拟结果还表明,年周期主要为化学过程和动力过程共同作用导致,地面源仅对其产生很小的负贡献。其中,化学过程主要为消耗作用,减弱UTLS区域CO变化的振幅,动力过程则相反,化学作用和动力作用可近似抵消的结论与Abalos等[2012]的结论一致。此外,模拟结果还表明上对流层和下平流层是两种不同的动力过程,上对流层为深对流与水平风场共同作用。纯动力过程试验模拟验证了Schoeberl等[2008]的理论,BD环流的年周期变化增强了对流层顶附近CO年周期的振幅,同时纯动力作用下C0年周期确实可以同水汽年周期一样上传至10 hPa高度附近。
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