平流層爆發(fā)性增溫的動力學過程及其對微量氣體分布影響的研究.pdf

1、平流層爆發(fā)性增溫(SSW)是平流層大氣的重要特征之一，一直以來圍繞著平流層爆發(fā)性增溫的環(huán)流變化以及它與行星波之間的關(guān)系國內(nèi)外開展了一系列研究，并且逐漸成為平流層大氣研究的一個熱點和前沿問題。為了進一步搞清楚平流層爆發(fā)性增溫的動力學特征、它對平流層微量成分含量和分布的影響以及它對對流層的影響，本文在資料統(tǒng)計和分析平流層爆發(fā)性增溫的時空分布特征的基礎(chǔ)上，計算了SSW期間的E-P通量，討論了SSW期間行星波的活動和變化；計算了剩余環(huán)流，討論了

2、SSW期間剩余環(huán)流的瞬變特征及其對臭氧的輸送；用HALOE資料分析了爆發(fā)性增溫期間其它微量氣體分布的變化；通過NAM分析了爆發(fā)性增溫對氣候尤其是東亞氣候的可能影響。得到以下的結(jié)果和新的認識： 第一，通過NCEP再分析資料的統(tǒng)計分析，表明SSW具有以下的統(tǒng)計特征：平流層爆發(fā)性增溫發(fā)生的頻數(shù)具有月際變化的特征，多發(fā)生在3月份；SSW發(fā)生時暖中心位置隨高度變化，在每個高度層表現(xiàn)出很強的地域性，SSW通常發(fā)生在較高層，然后由上向下延伸和

3、傳播，在增溫下傳的過程中增暖中心的位置也在發(fā)生著變化，在較高層暖中心首先出現(xiàn)在東半球，隨著增溫的下傳暖中心逐漸經(jīng)過180<'0>子午面沿逆時針移向西半球；SSW發(fā)生時，不但高緯的溫度場發(fā)生變化，中低緯的溫度也發(fā)生變化：高緯增溫，低緯降溫；南半球2002年9月的一次強爆發(fā)性增溫發(fā)生時，表現(xiàn)出的特征與北半球的SSW相似。 第二，本文通過NECP資料對多年平流層爆發(fā)性增溫期間位勢高度場進行諧波分析，發(fā)現(xiàn)在平流層爆發(fā)性增溫過程中行星波的

4、活動與Labitzke所指出的不盡相同，盡管增溫前行星波1波都異常發(fā)展增溫期間明顯減弱，但2波在增溫過程中有其不同的特點。對于不同的行星波活動，極渦崩潰的形式也不同。據(jù)此將平流層爆發(fā)性增溫過程中的行星波活動分為三類；(1)在增溫前期，行星波2波很弱；在增溫期間，行星波2波異常發(fā)展，伴隨著極渦崩潰的形式是由偏心型向偶極型過渡； (2)在增溫前期，行星波2波較強；在增溫期間，行星波2波明顯減弱，極渦的變化形式是遠離極地，在極地外圍活動，但不

5、發(fā)生分裂；(3)在增溫前期，行星波2波不太強；在增溫期間，行星波2波有所發(fā)展，但始終強不過1波，極渦的變化是先偏離極地，然后發(fā)生不對稱的變形。通過E-P通量來討論這三種類型的行星波變化，指出無論是行星波2波的哪種活動類型，都有利于平流層爆發(fā)性增溫的發(fā)生和發(fā)展。 第三，本文利用ECMWF逐日再分析資料通過變形歐拉平均的熱力學方程和連續(xù)計算了爆發(fā)性增溫過程中的瞬變剩余環(huán)流并進行了合成分析，給出了增溫過程中剩余環(huán)流變化的一般特征，同時

6、還分析了高緯地區(qū)的瞬變剩余環(huán)流在爆發(fā)性增溫過程中的變化。結(jié)果表明隨著增溫的開始10hPa～2 hPa氣層瞬變剩余經(jīng)向速度v<'*>逐漸由弱北風轉(zhuǎn)為南風，隨著增溫加強其向北輸送也隨之增強，且其強度隨著高度的增加而增大，增溫減弱時它又慢慢變?yōu)槿醯谋憋L，并其強度較之增溫開始時有所加強：而10hPa～2 hPa氣層的垂直速度w<'*>隨著增溫的開始由弱的上升運動逐漸變?yōu)橄鲁吝\動，并且隨著增溫的加強其下沉運動加強，增溫減弱時w<'*>也逐漸恢復為

7、上升運動且強度也有所加強。本文還對考慮波加熱項和不考慮波加熱項得到的剩余環(huán)流進行對比，指出波加熱項在極地附近的平流層上層還是有影響的，值得考慮。 第四，利用ECMWF逐日再分析資料結(jié)合HALOE資料分析了爆發(fā)性增溫過程中臭氧以及其它微量氣體體積混合比分布的變化，分析表明：爆發(fā)性增溫的過程中，高緯地區(qū)臭氧混合比增加的同時，中緯度地區(qū)臭氧混合比減少，通過合成分析臭氧的這種變化特征得到了驗證；利用計算的剩余環(huán)流計算了爆發(fā)性增溫過程中臭

8、氧的凈輸送量，通過行星波的變化以及剩余環(huán)流的動力輸送作用綜合分析了爆發(fā)性增溫過程中臭氧分布的變化，解釋了增溫過程中臭氧增加的動力輸送機制。 第五，利用NCEP資料通過分析北半球環(huán)狀模(Northern Annular Mode)與SSW的關(guān)系，然后討論了NAM變化與東亞急流和東亞大槽的關(guān)系，進而探討爆發(fā)性增溫對東亞急流和東亞大槽的影響。結(jié)果表明：爆發(fā)性增溫的發(fā)生使東亞大槽加強，增溫的下傳使其對東亞大槽的影響南移，因此爆發(fā)性增溫對