太平洋海温和北极海冰对北极平流层臭氧的影响研究

发布时间：2020-10-31 07:58

　　 本文利用TOMS、MLS卫星资料以及MERRA和ERA-Interim再分析资料,结合SLIMCAT三维大气化学传输模式,通过模式模拟和个例分析,研究了北极平流层臭氧变化特征及化学过程在北极平流层臭氧变化中的作用,探讨了太平洋海温尤其是ENSO以及北太平洋区域海温异常以及北极海冰覆盖异常引起的北极平流层臭氧变化及其影响机制,得到了以下几点主要结论:1.利用SLMCAT模式模拟的大气中臭氧浓度数据结合TOMS卫星资料及MERRA再分析资料,选取1997年和2011年作为北极平流层臭氧异常变化个例进行了分析。分析结果表明,在1997年和2011年3月北极地区柱总量臭氧(TCO)存在极端异常偏低的现象,是近三十年TCO负异常最大的两年。1997年和2011年3月北极地区大气臭氧柱总量异常值都达到了约100 DU,并且在30–200 hPa(中下平流层)区域的TCO异常占整层大气TCO异常的约80%。4月开始1997和2011年的TCO开始恢复,但2011年的TCO恢复速度要比1997年的快的多。进一步分析大气化学过程在这两年臭氧变化中的作用后发现,这两年3月北极平流层温度异常偏低,形成了对臭氧损耗催化效率极高的极地平流层云(PSCs),使大量的活性氯在PSCs表面被释放,加剧了臭氧的损耗。尤其是在2011年3月,北极上空温度更低,形成了更多的PSCs甚至出现了第二类极地平流层云(PSCII),显著加剧臭氧的化学损耗导致TCO异常偏低。2.利用Hadley中心的海表面温度(SST)资料以及ERA-Interim再分析资料评估了太平洋不同区域海温异常对北极平流层臭氧的影响,诊断了ENSO影响北极平流层臭氧的特征和机理,探讨了北太平洋海温异常引起的动力过程异常对北极平流层臭氧的影响过程和机制。分析表明:发生在这两年的极端臭氧偏低事件都是由于上一年冬季的La Ni?a事件导致上传到平流层的行星波减少,从而使得北极极涡加强、平流层温度异常偏低,进一步导致臭氧化学损耗增强;1997年和2011年极地平流层1-30 hPa区域的TCO的异常主要是动力过程造成的,其主要原因是由于BD环流减弱,使得平流层内从低纬度向极地的动力输送减弱,也即高浓度臭氧空气向向极地的传输减弱,从而造成了1-30 hPa区域TCO的减少。2011年北极地区上对流层下平流层(UTLS)区域臭氧的减少要明显强于1997年,其主要原因是2010–2011冬季的La Ni?a活动更强,同时2011年北太平洋海温更暖,阿留申低压异常偏弱导致平流层的波活动减弱。平流层内波活动的减弱导致2011年极涡温度异常偏低,形成了更多的PSCs甚至出现了第二类极地平流层云(PSCII),最终加剧了该年春季的臭氧化学损耗。分析还表明冬季北太平洋海温偏低时,北极地区极涡减弱,北极春季臭氧增加;相反,当冬季北太平洋海温偏高时,北极极涡加强,北极地区春季臭氧减少。3.利用Nino3指数结合1979-2011年Hadley中心的海温和海冰覆盖数据分析了拉尼娜事件、北太平洋海温的异常以及北极海冰变化对北极平流层臭氧的影响。分析表明,上一年冬季发生的强厄尔尼诺事件、当年冬季北太平洋海温的异常升高及北极海冰尤其是巴伦支海-喀拉海(B-K)区域海冰覆盖的减少都会导致进入平流层的行星波通量减弱,进而使得极涡温度减低,增强北极平流层内臭氧的损耗。在1997和2011这两年La Ni?a事件过程中,1997年冬季北极海冰增加,2011年北太平洋海温升高,这两种变化都会导致行星波减弱,进而北极极涡加强,其对北极平流层臭氧的影响与La Ni?a事件对北极平流层臭氧的影响叠加增强,造成了1997年和2011年超强的北极平流层臭氧损耗事件。
【学位单位】：兰州大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2017
【中图分类】：P461.2;P421.33
【部分图文】：

图 5.6 2 月北半球 300 hPa 等压面位势高度异常与位势高度气候态分布图，其中等值线代表位势高度异常，填充色代表位势高度气候态，a：1996 年，b：1997 年，c：2000 年，d：2008年，e：2011 年综上所述，由于北极 B-K 区域海冰的减少，使得北冰洋以及亚洲大陆北部地表温度的增加，进而加强了西伯利亚高压，这种异常的位势高度配置增加了行星 2 波的上传，更多的行星波上传到平流层减弱了平流层极涡，最终减少北极平流层臭氧的损耗。从上面的分析可以看出北极海冰的作用抵消了 1996 年、2000年和 2008 年拉尼娜事件对北极臭氧的影响。另外，对于 2000 年和 2008 年北太平洋海温异常对北极平流层臭氧的影响也抵消拉尼娜事件对北极平流层臭氧的影响。因此 2000 年和 2008 年的北极极涡从 2 月到 3 月就逐渐减弱，北极平流层温度增加更显著，而 1996 年北太平洋海温没有对臭氧损耗产生抵消作用，因此1996 年也发生了一定的臭氧损耗。由此可以解释同为 La Ni a 事件，1996 年、2000 年和 2008 年的北极平流层臭氧损耗与 1997 年和 2011 年有所不同。
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本文编号：2863671