平流層臭氧在全球的輻射收支和能量平衡過程中發(fā)揮了關(guān)鍵作用,過去幾十年全球臭氧柱總量(Total Column Ozone,TCO)呈現(xiàn)減少的變化趨勢,直到2000年開始恢復(fù)。本文利用多種衛(wèi)星資料以及再分析資料,結(jié)合大氣化學(xué)氣候模式WACCM3,診斷分析了溫度、臭氧損耗物質(zhì)(Ozone-Depleting substances,ODS)、殘余環(huán)流和海陸熱力差異對2000-2016年不同高度上平流層臭氧恢復(fù)趨勢的影響,以及東亞地區(qū)人類排放氮氧化物(NO_x)對上對流層下平流層(upper troposphere/lower stratosphere,UTLS)臭氧的影響。主要得到以下結(jié)論:1.分析了TCO在2000-2016年期間的恢復(fù)趨勢,利用相關(guān)分析等方法分析了平流層溫度、ODS、殘余環(huán)流和海陸熱力差異等因子對TCO的影響。研究表明:在2000-2016年間,南北半球低緯度地區(qū)TCO存在明顯的增加趨勢,該趨勢主要由1-10 hPa平流層臭氧增加貢獻(xiàn)。上平流層中低緯度地區(qū)存在顯著的臭氧增加趨勢,兩極地區(qū)存在微弱的臭氧增加趨勢。上平流層臭氧增加主要受上平流層溫度降低和ODS濃度減少的影響。上平流層溫度降低和ODS減少造成臭氧消耗反應(yīng)減弱,臭氧恢復(fù)。在中下平流層,熱帶地區(qū)和南半球中緯度地區(qū)臭氧減少,其主要受動力作用的影響:熱帶地區(qū)(0-10°N,10-20 hPa)殘余環(huán)流的上升支將熱帶中下平流層臭氧向上向極傳輸,中平流層臭氧濃度減小。在南半球中下平流層中緯度地區(qū)(20-60°S,50-70 hPa)臭氧減少,這可能是因為南半球殘余環(huán)流的向極支增強(qiáng),將該區(qū)域的臭氧向極地傳輸,該區(qū)域臭氧濃度減小。西北太平洋上空和東亞上空槽區(qū)上疊加了位勢高度正趨勢,槽區(qū)減弱,對臭氧的輻合效果減弱,該區(qū)域臭氧減少。在歐洲-大西洋上空的脊區(qū)疊加了位勢高度負(fù)趨勢,歐洲-大西洋脊減弱,對臭氧的幅散作用減弱,該區(qū)域臭氧增加。2.利用臭氧監(jiān)測儀(Ozone Monitoring Instrument,OMI)衛(wèi)星資料和全球大氣化學(xué)氣候模式(Whole Atmosphere Community Climate Model,WACCM),研究了東亞地區(qū)地表NO_x排放增加對北半球UTLS區(qū)域臭氧和溫度的影響。結(jié)果表明,東亞地區(qū)地表排放的NO_x可以在夏、秋季輸送到熱帶和東亞UTLS區(qū)域。在夏季,南亞高壓可將東亞上空UTLS區(qū)域的NO_x輸送到低緯度地區(qū)。隨著東亞地區(qū)地表NO_x排放增加,冬季低緯度UTLS區(qū)域光化學(xué)反應(yīng)增強(qiáng),臭氧濃度顯著增多,導(dǎo)致該區(qū)域增溫;而中緯度UTLS區(qū)域NO_x與臭氧的催化消耗反應(yīng)增強(qiáng),臭氧濃度顯著降低,導(dǎo)致該區(qū)域降溫。冬季UTLS區(qū)域低緯度和中高緯度之間的溫度經(jīng)向梯度減弱,副熱帶急流減弱,導(dǎo)致進(jìn)入平流層的1波和2波強(qiáng)度明顯減弱。
【學(xué)位單位】：蘭州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：P421.32
【部分圖文】：

蘭州大學(xué)碩士學(xué)位論文 平流層臭氧恢復(fù)趨勢及其影響因子輻合，臭氧濃度高，負(fù)的位勢高度產(chǎn)生臭氧的輻散，臭氧濃度低。臭氧恢復(fù)以來，位勢高度的變化對全球臭氧造成怎樣的影響，本章討論將討論這些內(nèi)容。3.2 平流層臭氧恢復(fù)趨勢的時空分布特征上個世紀(jì) 90s 臭氧低值是由于皮納圖博山噴發(fā)造成的，因此盡管 1990 年中期至今全球臭氧表現(xiàn)為升高的趨勢，當(dāng)前全球公認(rèn)的臭氧恢復(fù)是從 2000 年開始的。圖 3.1 給出了 2000-2016 年期間 SWOOSH 資料垂直方向上積分得到的臭氧柱總量的全球趨勢分布。在南北半球低緯度地區(qū)存在臭氧增加的趨勢。北半球中緯度臭氧的恢復(fù)趨勢表現(xiàn)為緯向非均勻性，北太平洋和俄羅斯東部地區(qū)上空存在臭氧減少的趨勢，大西洋、北美和東歐地區(qū)上空存在臭氧增加的趨勢。在南半球中緯度地區(qū)臭氧減少。在南半球極地存在臭氧恢復(fù)的趨勢。

圖 3.2 2000-2016 年期間 SWOOSH 衛(wèi)星觀測的全球臭氧變化趨勢的緯向平均分布（其中打點區(qū)域通過了 90%的 t 檢驗）。圖 3.3 給出了全球 2000-2016 年臭氧緯向平均四個季節(jié)的變化趨勢。在上平流層（1-10 hPa）。通過對比上圖，發(fā)現(xiàn)臭氧在南半球上平流層的增加主要是由夏季和秋季臭氧增加貢獻(xiàn)的，夏季南半球上平流層臭氧增加最為顯著。在北半球上平流層，臭氧增加主要是由冬季臭氧增加貢獻(xiàn)的。這可能是由于在夏季，太陽直射點在北半球，南半球上平流層溫度低，損耗臭氧的化學(xué)反應(yīng)減弱，因此南半球上平流層臭氧恢復(fù)。在冬季，太陽直射點在南半球，北半球上平流層溫度低，損耗臭氧的化學(xué)反應(yīng)減弱，因此北半球上平流層臭氧恢復(fù)。在平流層中層（10-70hPa），臭氧在熱帶地區(qū)存在明顯的減少趨勢，在南半球中緯度地區(qū) 30-70 hPa同樣存在臭氧減少的趨勢。中下臭氧變化的原因可能是動力傳輸作用造成的

蘭州大學(xué)碩士學(xué)位論文 平流層臭氧恢復(fù)趨勢及其影響因子3.3 影響平流層臭氧恢復(fù)的因子上平流層臭氧恢復(fù)主要受溫度和臭氧損耗物質(zhì)影響（Chipperfield 等，2017）。圖 3.5 給出了 1-5 hPa 高度層上的臭氧趨勢、溫度趨勢和二者的相關(guān)系數(shù)的水平分布。可以看出，臭氧主要在上平流層中低緯度地區(qū)增加。圖 3.5 中溫度變化趨勢顯示，在 1-5 hPa 高度溫度在南北半球普遍降低，明顯的降溫現(xiàn)象與上平流層臭氧恢復(fù)相匹配。通過計算這個高度層上臭氧和溫度的相關(guān)系數(shù)，可以看出臭氧與溫度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。這是由于隨著上平流層溫室氣體濃度升高，使得上平流層溫度降低，臭氧損耗的化學(xué)過程減緩，造成上平流層臭氧濃度恢復(fù)。在兩極地區(qū)，臭氧和溫度相關(guān)性很低。

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1 王庚辰,孔琴心,劉廣仁,顧志芳,萬小偉,白穎;平流層臭氧分布的觀測技術(shù)(英文)[J];云南天文臺臺刊;1989年S1期

2 ;從空中看臭氧歐洲北極平流層臭氧試驗[J];世界環(huán)境;1993年02期

3 戴宗智 ,馬鳳娟 ,趙倫;平流層臭氧耗損與氯氟烴[J];中國環(huán)境管理干部學(xué)院學(xué)報;1992年00期

4 葛戰(zhàn)旗;胡歡陵;胡順星;閆順生;;1998～2001年合肥地區(qū)平流層臭氧濃度垂直廓線變化特征[J];大氣與環(huán)境光學(xué)學(xué)報;2007年04期

5 Charles H. Jackman;尚化;;平流層臭氧的變化[J];污染防治技術(shù);1992年01期

6 孫學(xué)金;平流層臭氧變化對大氣加熱率及到達(dá)地面紫外輻射的影響[J];氣象科學(xué);1997年01期

7 熊秋菊,唐孝炎,畢木天;大氣污染物對平流層臭氧的影響[J];環(huán)境化學(xué);1984年05期

8 胡歡陵,王志恩,吳永華,周軍;紫外差分吸收激光雷達(dá)測量平流層臭氧[J];大氣科學(xué);1998年05期

9 陳洪濱，許麗生, 王普才;利用SAGEⅡ遙感分析我國上空平流層臭氧的分布和變化特征[J];應(yīng)用氣象學(xué)報;1995年02期

10 陳月娟 ,鄭彬 ,張弘;熱帶平流層臭氧準(zhǔn)兩年周期振蕩的特征及數(shù)值模擬(英文)[J];Advances in Atmospheric Sciences;2002年05期

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1 許平平;田文壽;張健愷;雒佳麗;黃倩;張杰;;春季青藏高原西北側(cè)一次平流層臭氧向?qū)α鲗觽鬏數(shù)哪M研究[A];第31屆中國氣象學(xué)會年會S7 中高層大氣及其與對流層的耦合[C];2014年

2 索春男;田文壽;;北極海冰對北極平流層臭氧變化的影響研究[A];第35屆中國氣象學(xué)會年會 S7 東亞氣候、極端氣候事件變異機(jī)理及氣候預(yù)測[C];2018年

3 索春男;田文壽;;太平洋SST異常對北極平流層臭氧異常的影響[A];第33屆中國氣象學(xué)會年會 S12 大氣物理學(xué)與大氣環(huán)境[C];2016年

4 劉傳熙;劉毅;王海平;鐵學(xué)熙;高守亭;;一次SSW過程對平流層臭氧及UTLS臭氧垂直通量的模擬分析[A];中國氣象學(xué)會2007年年會大氣成分觀測、研究與預(yù)報分會場論文集[C];2007年

5 孔蕊弘;王思勝;黃超群;楊斌;衛(wèi)立夏;趙玉杰;單曉斌;盛六四;王振亞;郝立慶;;氟里昂替代物的同步輻射光電離研究[A];光子科技創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)化——長三角光子科技創(chuàng)新論壇暨2006年安徽博士科技論壇論文集[C];2006年

6 夏炎;胡永云;丁峰;;全球變暖背景下臭氧和紫外輻射的變化[A];第28屆中國氣象學(xué)會年會——S14氣候環(huán)境變化與人體健康[C];2011年

7 陳月娟;施春華;周任君;畢云;;平流層臭氧、水汽和甲烷的變化特征及其與溫度變化的關(guān)系[A];中國氣象學(xué)會2006年年會“大氣成分與氣候、環(huán)境變化”分會場論文集[C];2006年

8 胡永云;夏炎;;南半球平流層行星波的相位東移分析[A];第31屆中國氣象學(xué)會年會S7 中高層大氣及其與對流層的耦合[C];2014年

9 索春男;田文壽;張健愷;;北極極渦與平流層臭氧異常之間的相互聯(lián)系[A];第32屆中國氣象學(xué)會年會S9 大氣成分與天氣、氣候變化[C];2015年

10 張芳;周凌;M.K.Vollmer;姚波;B.R.Greally;F.Stordal;張曉春;S.Reimann;P.G.Simmonds;M.Maione;C.Witham;A.Manning;;北京上甸子區(qū)域大氣本底站CFC-11濃度在線觀測[A];第26屆中國氣象學(xué)會年會大氣成分與天氣氣候及環(huán)境變化分會場論文集[C];2009年

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1 記者 張永;北極平流層臭氧損失創(chuàng)新高[N];中國氣象報;2011年

2 陳清郁;走向高處[N];中國氣象報;2002年

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2 索春男;太平洋海溫和北極海冰對北極平流層臭氧的影響研究[D];蘭州大學(xué);2017年

3 閆建軍;平流層臭氧對人類活動的非線性響應(yīng)機(jī)理分析[D];南京信息工程大學(xué);2011年

4 劉姝媛;近年來北極平流層臭氧季節(jié)變化和年際變化特征[D];南京信息工程大學(xué);2011年

5 萬凌峰;夏季北半球平流層臭氧對太陽紫外準(zhǔn)11年循環(huán)的響應(yīng)及機(jī)制[D];南京信息工程大學(xué);2016年

6 邴單;溴破壞臭氧機(jī)理的從頭算研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2006年

7 陳希;中國地區(qū)臭氧長期變化趨勢及與溫度變化的關(guān)系[D];中國地質(zhì)大學(xué)(北京);2016年

8 汪明圣;ENSO變化及剩余環(huán)流與東亞地區(qū)平流層O_3分布的關(guān)系探討[D];云南大學(xué);2015年

本文編號：2821538