平流層爆發(fā)性增溫的動(dòng)力學(xué)過(guò)程及其對(duì)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(lái)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(guó)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(gè)熱點(diǎn)和前沿問(wèn)題。為了進(jìn)一步搞清楚平流層爆發(fā)性增溫的動(dòng)力學(xué)特征、它對(duì)平流層微量成分含量和分布的影響以及它對(duì)對(duì)流層的影響，本文在資料統(tǒng)計(jì)和分析平流層爆發(fā)性增溫的時(shí)空分布特征的基礎(chǔ)上，計(jì)算了SSW期間的E-P通量，討論了SSW期間行星波的活動(dòng)和變化；計(jì)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(duì)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(guò)NAM分析了爆發(fā)性增溫對(duì)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(rèn)識(shí)： 第一，通過(guò)NCEP再分析資料的統(tǒng)計(jì)分析，表明SSW具有以下的統(tǒng)計(jì)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(shí)暖中心位置隨高度變化，在每個(gè)高度層表現(xiàn)出很強(qiáng)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(guò)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(guò)180<'0>子午面沿逆時(shí)針移向西半球；SSW發(fā)生時(shí)，不但高緯的溫度場(chǎng)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(qiáng)爆發(fā)性增溫發(fā)生時(shí)，表現(xiàn)出的特征與北半球的SSW相似。 第二，本文通過(guò)NECP資料對(duì)多年平流層爆發(fā)性增溫期間位勢(shì)高度場(chǎng)進(jìn)行諧波分析，發(fā)現(xiàn)在平流層爆發(fā)性增溫過(guò)程中行星波的

4、活動(dòng)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(guò)程中有其不同的特點(diǎn)。對(duì)于不同的行星波活動(dòng)，極渦崩潰的形式也不同。據(jù)此將平流層爆發(fā)性增溫過(guò)程中的行星波活動(dòng)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(guò)渡； (2)在增溫前期，行星波2波較強(qiáng)；在增溫期間，行星波2波明顯減弱，極渦的變化形式是遠(yuǎn)離極地，在極地外圍活動(dòng)，但不

5、發(fā)生分裂；(3)在增溫前期，行星波2波不太強(qiáng)；在增溫期間，行星波2波有所發(fā)展，但始終強(qiáng)不過(guò)1波，極渦的變化是先偏離極地，然后發(fā)生不對(duì)稱的變形。通過(guò)E-P通量來(lái)討論這三種類型的行星波變化，指出無(wú)論是行星波2波的哪種活動(dòng)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(guò)變形歐拉平均的熱力學(xué)方程和連續(xù)計(jì)算了爆發(fā)性增溫過(guò)程中的瞬變剩余環(huán)流并進(jìn)行了合成分析，給出了增溫過(guò)程中剩余環(huán)流變化的一般特征，同時(shí)

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(guò)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(fēng)轉(zhuǎn)為南風(fēng)，隨著增溫加強(qiáng)其向北輸送也隨之增強(qiáng)，且其強(qiáng)度隨著高度的增加而增大，增溫減弱時(shí)它又慢慢變?yōu)槿醯谋憋L(fēng)，并其強(qiáng)度較之增溫開始時(shí)有所加強(qiáng)：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(yùn)動(dòng)逐漸變?yōu)橄鲁吝\(yùn)動(dòng)，并且隨著增溫的加強(qiáng)其下沉運(yùn)動(dòng)加強(qiáng)，增溫減弱時(shí)w<'*>也逐漸恢復(fù)為

7、上升運(yùn)動(dòng)且強(qiáng)度也有所加強(qiáng)。本文還對(duì)考慮波加熱項(xiàng)和不考慮波加熱項(xiàng)得到的剩余環(huán)流進(jìn)行對(duì)比，指出波加熱項(xiàng)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(guò)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(guò)程中，高緯地區(qū)臭氧混合比增加的同時(shí)，中緯度地區(qū)臭氧混合比減少，通過(guò)合成分析臭氧的這種變化特征得到了驗(yàn)證；利用計(jì)算的剩余環(huán)流計(jì)算了爆發(fā)性增溫過(guò)程中臭

8、氧的凈輸送量，通過(guò)行星波的變化以及剩余環(huán)流的動(dòng)力輸送作用綜合分析了爆發(fā)性增溫過(guò)程中臭氧分布的變化，解釋了增溫過(guò)程中臭氧增加的動(dòng)力輸送機(jī)制。 第五，利用NCEP資料通過(guò)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(jìn)而探討爆發(fā)性增溫對(duì)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(qiáng)，增溫的下傳使其對(duì)東亞大槽的影響南移，因此爆發(fā)性增溫對(duì)