太平洋海溫和北極海冰對北極平流層臭氧的影響研究.pdf

1、本文利用TOMS、MLS衛(wèi)星資料以及MERRA和ERA-Interim再分析資料，結合SLIMCAT三維大氣化學傳輸模式，通過模式模擬和個例分析，研究了北極平流層臭氧變化特征及化學過程在北極平流層臭氧變化中的作用，探討了太平洋海溫尤其是ENSO以及北太平洋區(qū)域海溫異常以及北極海冰覆蓋異常引起的北極平流層臭氧變化及其影響機制，得到了以下幾點主要結論：
　　1.利用SLMCAT模式模擬的大氣中臭氧濃度數(shù)據(jù)結合TOMS衛(wèi)星資料及MERR

2、A再分析資料，選取1997年和2011年作為北極平流層臭氧異常變化個例進行了分析。分析結果表明，在1997年和2011年3月北極地區(qū)柱總量臭氧（TCO）存在極端異常偏低的現(xiàn)象，是近三十年TCO負異常最大的兩年。1997年和2011年3月北極地區(qū)大氣臭氧柱總量異常值都達到了約100DU，并且在30–200hPa（中下平流層）區(qū)域的TCO異常占整層大氣TCO異常的約80％。4月開始1997和2011年的TCO開始恢復，但2011年的TCO恢

3、復速度要比1997年的快的多。進一步分析大氣化學過程在這兩年臭氧變化中的作用后發(fā)現(xiàn)，這兩年3月北極平流層溫度異常偏低，形成了對臭氧損耗催化效率極高的極地平流層云（PSCs），使大量的活性氯在PSCs表面被釋放，加劇了臭氧的損耗。尤其是在2011年3月，北極上空溫度更低，形成了更多的PSCs甚至出現(xiàn)了第二類極地平流層云（PSCII），顯著加劇臭氧的化學損耗導致TCO異常偏低。
　　2.利用Hadley中心的海表面溫度（SST）資料以

4、及ERA-Interim再分析資料評估了太平洋不同區(qū)域海溫異常對北極平流層臭氧的影響，診斷了ENSO影響北極平流層臭氧的特征和機理，探討了北太平洋海溫異常引起的動力過程異常對北極平流層臭氧的影響過程和機制。分析表明：發(fā)生在這兩年的極端臭氧偏低事件都是由于上一年冬季的La Nina事件導致上傳到平流層的行星波減少，從而使得北極極渦加強、平流層溫度異常偏低，進一步導致臭氧化學損耗增強；1997年和2011年極地平流層1-30hPa區(qū)域的TC

5、O的異常主要是動力過程造成的，其主要原因是由于BD環(huán)流減弱，使得平流層內從低緯度向極地的動力輸送減弱，也即高濃度臭氧空氣向向極地的傳輸減弱，從而造成了1-30hPa區(qū)域TCO的減少。2011年北極地區(qū)上對流層下平流層（UTLS）區(qū)域臭氧的減少要明顯強于1997年，其主要原因是2010–2011冬季的La Nina活動更強，同時2011年北太平洋海溫更暖，阿留申低壓異常偏弱導致平流層的波活動減弱。平流層內波活動的減弱導致2011年極渦溫度

6、異常偏低，形成了更多的PSCs甚至出現(xiàn)了第二類極地平流層云（PSCII），最終加劇了該年春季的臭氧化學損耗。分析還表明冬季北太平洋海溫偏低時，北極地區(qū)極渦減弱，北極春季臭氧增加；相反，當冬季北太平洋海溫偏高時，北極極渦加強，北極地區(qū)春季臭氧減少。
　　3.利用Nino3指數(shù)結合1979-2011年Hadley中心的海溫和海冰覆蓋數(shù)據(jù)分析了拉尼娜事件、北太平洋海溫的異常以及北極海冰變化對北極平流層臭氧的影響。分析表明，上一年冬季發(fā)生

7、的強厄爾尼諾事件、當年冬季北太平洋海溫的異常升高及北極海冰尤其是巴倫支海-喀拉海（B-K）區(qū)域海冰覆蓋的減少都會導致進入平流層的行星波通量減弱，進而使得極渦溫度減低，增強北極平流層內臭氧的損耗。在1997和2011這兩年LaNina事件過程中，1997年冬季北極海冰增加，2011年北太平洋海溫升高，這兩種變化都會導致行星波減弱，進而北極極渦加強，其對北極平流層臭氧的影響與LaNina事件對北極平流層臭氧的影響疊加增強，造成了1997年和