夏季北半球平流层臭氧对太阳紫外准11年循环的响应及机制

摘要

臭氧是平流层的主要热源，臭氧的变化会改变大气的温度结构，平流层和对流层相互耦合最终影响对流层的气候。在臭氧的生消中紫外辐射起到重要的作用。最新的SORCE卫星上SIM探测的光谱资料表明太阳循环中紫外辐射的变化比以往的认识高4-6倍。因此，我们利用包含动力、辐射和化学等过程耦合的地球系统模式(CESM)和SIM光谱资料，进行敏感性数值模拟试验，分析了夏季北半球平流层臭氧对太阳紫外循环的响应及其化学与动力机制。所获得的主要结论如下:
　　(1)首选利用MLS卫星观测的臭氧资料和ERA-interim再分析资料的温度和风场，对CESM模式模拟性能进行评估，发现模式对臭氧、温度场、风场及青藏高原臭氧谷的模拟效果都比较好。
　　(2)其次将SIM紫外辐射相对强年和弱年的数据输入模式，进行敏感性试验。差值结果表明:在太阳紫外辐射相对强年，夏季平流层臭氧浓度增大。夏季北半球大部分地区的臭氧柱总量增大;青藏高原区也增大，但相对于同纬度增加幅度要小，从而该地区的臭氧低值中心更低。
　　(3)然后利用模式输出的与臭氧相关的化学反应的反应速率，分析了夏季北半球平流层臭氧响应的化学机制。结果表明:在太阳紫外辐射相对强年，化学反应使平流层臭氧浓度增加。臭氧生成反应的作用最强，反应速率增加最大约为1010个*cm-3*s-1，其它消耗臭氧的反应增加均小于等于107个*cm-3*s-1。在青藏高原区域也是臭氧生成最大，但生成增加的幅度较同纬度其它地区小，导致该区低值中心更低。
　　(4)最后利用模式输出的臭氧浓度和风速，计算了臭氧通量及臭氧通量散度，分析了夏季北半球平流层臭氧响应的动力机制。结果表明:在紫外辐射相对强年，平流层30° N有净的辐合。青藏高原区向西北辐散，导致该区的臭氧低值中心更低。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究的目的与意义

1．2 国内外研究进展

1．3 本文主要研究内容

第二章 资料和方法

2．1 资料

2．1．1 ERA-interim再分析资料

2．1．2 MLS卫星资料

2．1．3 太阳辐射资料

2．2 模式和方法

2．2．1 模式介绍

2．2．2 臭氧总量计算方法的对比

2．2．3 差值统计检验方法

2．2．4 化学反应速率的计算方法

第三章 模式性能评估

3．1 控制试验的设计

3．2 纬向平均场模拟性能的评估

3．2．1 臭氧

3．2．2 温度和风场

3．3 夏季青藏高原臭氧谷双心结构的模拟性能评估

3．4 小结

第四章 夏季北半球平流层臭氧对太阳紫外循环的响应

4．1 敏感性试验的设计

4．2 纬圈平均的臭氧响应

4．3 青藏高原区臭氧的响应

4．3．1 臭氧的响应

4．3．2 臭氧纬向偏差的响应

4．4 小结

第五章 夏季北半球平流层臭氧对太阳紫外准11年循环响应的化学机制

5．1 臭氧相关反应速率的作用

5．1．1 纬圈平均臭氧相关反应速率的作用

5．1．2 温度的作用

5．2 青藏高原区臭氧相关反应速率的作用

5．2．1 青藏高原区臭氧相关反应速率的作用

5．2．2 青藏高原区温度的作用

5．3 小结

第六章 夏季北半球平流层臭氧对太阳紫外准11年循环响应的动力机制

6．1 平流层大气环流的作用

6．1．1 平均经圈环流的作用

6．1．2 青藏高原区局地环流的作用

6．2 通过臭氧输送对臭氧分布的作用

6．2．1 平均经圈环流对纬圈平均臭氧分布的作用

6．2．2 局地环流对夏季青藏高原臭氧谷双心结构的作用

6．3 小结

第七章 结论与讨论

7．1 全文总结

7．2 展望

参考文献

作者介绍

致谢