發(fā)布時(shí)間：2020-10-31 07:58

　　 本文利用TOMS、MLS衛(wèi)星資料以及MERRA和ERA-Interim再分析資料,結(jié)合SLIMCAT三維大氣化學(xué)傳輸模式,通過(guò)模式模擬和個(gè)例分析,研究了北極平流層臭氧變化特征及化學(xué)過(guò)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(jī)制,得到了以下幾點(diǎn)主要結(jié)論:1.利用SLMCAT模式模擬的大氣中臭氧濃度數(shù)據(jù)結(jié)合TOMS衛(wèi)星資料及MERRA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(gè)例進(jìn)行了分析。分析結(jié)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(fù)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(dá)到了約100 DU,并且在30–200 hPa(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(fù),但2011年的TCO恢復(fù)速度要比1997年的快的多。進(jìn)一步分析大氣化學(xué)過(guò)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(duì)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(xué)損耗導(dǎo)致TCO異常偏低。2.利用Hadley中心的海表面溫度(SST)資料以及ERA-Interim再分析資料評(píng)估了太平洋不同區(qū)域海溫異常對(duì)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(jī)理,探討了北太平洋海溫異常引起的動(dòng)力過(guò)程異常對(duì)北極平流層臭氧的影響過(guò)程和機(jī)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 Ni?a事件導(dǎo)致上傳到平流層的行星波減少,從而使得北極極渦加強(qiáng)、平流層溫度異常偏低,進(jìn)一步導(dǎo)致臭氧化學(xué)損耗增強(qiáng);1997年和2011年極地平流層1-30 hPa區(qū)域的TCO的異常主要是動(dòng)力過(guò)程造成的,其主要原因是由于BD環(huán)流減弱,使得平流層內(nèi)從低緯度向極地的動(dòng)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1-30 hPa區(qū)域TCO的減少。2011年北極地區(qū)上對(duì)流層下平流層(UTLS)區(qū)域臭氧的減少要明顯強(qiáng)于1997年,其主要原因是2010–2011冬季的La Ni?a活動(dòng)更強(qiáng),同時(shí)2011年北太平洋海溫更暖,阿留申低壓異常偏弱導(dǎo)致平流層的波活動(dòng)減弱。平流層內(nèi)波活動(dòng)的減弱導(dǎo)致2011年極渦溫度異常偏低,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(xué)損耗。分析還表明冬季北太平洋海溫偏低時(shí),北極地區(qū)極渦減弱,北極春季臭氧增加;相反,當(dāng)冬季北太平洋海溫偏高時(shí),北極極渦加強(qiáng),北極地區(qū)春季臭氧減少。3.利用Nino3指數(shù)結(jié)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(duì)北極平流層臭氧的影響。分析表明,上一年冬季發(fā)生的強(qiáng)厄爾尼諾事件、當(dāng)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(huì)導(dǎo)致進(jìn)入平流層的行星波通量減弱,進(jìn)而使得極渦溫度減低,增強(qiáng)北極平流層內(nèi)臭氧的損耗。在1997和2011這兩年La Ni?a事件過(guò)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(huì)導(dǎo)致行星波減弱,進(jìn)而北極極渦加強(qiáng),其對(duì)北極平流層臭氧的影響與La Ni?a事件對(duì)北極平流層臭氧的影響疊加增強(qiáng),造成了1997年和2011年超強(qiáng)的北極平流層臭氧損耗事件。
【學(xué)位單位】：蘭州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2017
【中圖分類】：P461.2;P421.33
【部分圖文】：

圖 5.6 2 月北半球 300 hPa 等壓面位勢(shì)高度異常與位勢(shì)高度氣候態(tài)分布圖，其中等值線代表位勢(shì)高度異常，填充色代表位勢(shì)高度氣候態(tài)，a：1996 年，b：1997 年，c：2000 年，d：2008年，e：2011 年綜上所述，由于北極 B-K 區(qū)域海冰的減少，使得北冰洋以及亞洲大陸北部地表溫度的增加，進(jìn)而加強(qiáng)了西伯利亞高壓，這種異常的位勢(shì)高度配置增加了行星 2 波的上傳，更多的行星波上傳到平流層減弱了平流層極渦，最終減少北極平流層臭氧的損耗。從上面的分析可以看出北極海冰的作用抵消了 1996 年、2000年和 2008 年拉尼娜事件對(duì)北極臭氧的影響。另外，對(duì)于 2000 年和 2008 年北太平洋海溫異常對(duì)北極平流層臭氧的影響也抵消拉尼娜事件對(duì)北極平流層臭氧的影響。因此 2000 年和 2008 年的北極極渦從 2 月到 3 月就逐漸減弱，北極平流層溫度增加更顯著，而 1996 年北太平洋海溫沒(méi)有對(duì)臭氧損耗產(chǎn)生抵消作用，因此1996 年也發(fā)生了一定的臭氧損耗。由此可以解釋同為 La Ni a 事件，1996 年、2000 年和 2008 年的北極平流層臭氧損耗與 1997 年和 2011 年有所不同。
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