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南极臭氧和大气垂直结构探测研究

作　者: 林忠
导　师: 卞林根
学　校: 中国气象科学研究院
专　业: 大气物理与大气环境
关键词: 南极臭氧 臭氧总量 平流层 臭氧廓线 对流层顶 臭氧变化 臭氧探空 中山站 稳定边界层 大气边界 昭和站 TOMS 地基观测 季节变化特征 边界层结构 气候与环境 臭氧垂直廓线 变化趋势 冰盖 下沉运动
分类号: P421.33
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


臭氧的长期变化及其对气候与环境的影响受到越来越多的关注。利用IPY期间我国在南极中山站56次臭氧探空资料和1993～2008年中山站臭氧总量资料以及南极昭和站臭氧资料和卫星资料,对不同探测方法获取的臭氧资料进行了比较验证和偏差分析。初步研究了近30年南极臭氧洞的变化趋势及臭氧变化的影响因子。采用不同的定义确定了南极中山站地区的对流层顶高度,揭示出南极平流层和对流层的臭氧和温度的季节变化特征。探讨了中山站地区边界层结构及边界层内温度、臭氧和水汽的分布特征。主要结论如下:1.卫星臭氧总量资料与地基观测资料相比,平均值略偏小,OMI-TOMS资料比OMI-DOAS资料精度更高。2.在臭氧探空资料中气球爆破点以上臭氧总量可以用MLS资料来代替传统的SBUV气候态资料;臭氧探空的臭氧总量与地基观测资料比较一致。卫星廓线资料中推荐使用的215hPa层臭氧与探空资料相比,偏差大于20%, 100hPa和68hPa层分别比探空资料偏大10%以上,卫星廓线温度资料与探空温度相比,各层偏差为-3～2K。3.统计分析显示南极臭氧洞面积在80年代至90年代迅速增大,90年代后期增速变缓,21世纪以来基本保持稳定。根据臭氧洞面积与平流层臭氧耗损物质和温度的变化关系推测南极臭氧洞可能在2070年左右可恢复。4.计算得到中山站热对流层顶（LRT）和臭氧对流层顶（OT）平均高度分别为7.9km和7.4km,对流层顶气压和温度存在明显的季节变化,冬季对流层顶高度高于夏季,温度则相反。分析得到25km处臭氧和温度表现为一致的季节变化特征,15km处则相反,表明平流层臭氧耗损主要出现在下平流层。5.中山站臭氧廓线的季节变化主要特征为,臭氧最大值的高度从夏季到冬季逐渐降低,主要是极区平流层大尺度的下沉运动所致,利用臭氧估算的上平流层大气下沉速率约为1.8km/月,下平流层约为1.2km/月。对流层臭氧表现出冬季高,夏季低特征,可能是NOx的光化学破坏作用和平流层向下输送共同作用的结果。6.中山站夏季对流边界层平均高度可以发展到600m高,高于南极内陆;全年边界层平均高度为1500m左右;边界层内500m附近存在臭氧峰值,可能与稳定边界层结构有关。7.Louis边界层湍流参数化方案在夏季不稳定情况下适用,但在稳定情况下仍需改进;夏季南极沿海冰盖近地层大气以中性和近中性为主;冰盖中性层结下其地表动量粗糙度为4.54×10-4m,拖曳系数为1.7×10-3,结果反映了南极沿海冰盖区下垫面由于夏季融化具有粗糙度和拖曳系数较大的特点。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-9
第一章 绪论  9-13
  1.1 研究目的和意义  9-10
  1.2 国内外研究进展  10-13
第二章 观测资料介绍  13-17
  2.1 观测站点  13
  2.2 本文所使用的资料  13-17
    2.2.1 臭氧探空资料  13-15
    2.2.2 臭氧总量资料（地基观测）  15
    2.2.3 卫星观测资料  15-17
第三章 不同来源臭氧资料的比较  17-25
  3.1 引言  17
  3.2 卫星与地基观测资料的比较  17-20
  3.3 探空资料与地基观测的比较  20-21
  3.4 探空资料与卫星资料（MLS）的比较  21-24
  3.5 小结  24-25
第四章 近30 年南极臭氧洞的变化趋势及影响因子  25-34
  4.1 引言  25-26
  4.2 资料和方法  26
  4.3 南极臭氧洞面积（OHS）的变化趋势  26-27
  4.4 南极臭氧变化与EESC 和温度的关系  27-30
  4.5 2008 年中山站臭氧洞期间臭氧变化  30-31
  4.6 小结  31-34
第五章 南极中山站温度和臭氧的垂直分布特征  34-46
  5.1 前言  34
  5.2 对流层顶  34-39
    5.2.1 热对流层顶（LRT）  35-37
    5.2.2 臭氧对流层顶（OT）  37-38
    5.2.3 对流层顶季节变化  38-39
  5.3 臭氧垂直结构  39-40
  5.4 温度垂直结构  40-43
  5.5 臭氧和温度的变化  43-44
  5.6 小结  44-46
第六章 南极中山站大气边界层垂直结构特征  46-54
  6.1 前言  46
  6.2 边界层类型  46-50
  6.3 边界层高度  50-51
  6.4 大气边界层内的臭氧，温度，相对湿度  51-53
  6.5 小结  53-54
第七章 中山站附近冰盖近地面层湍流参数的观测研究  54-66
  7.1 前言  54
  7.2 资料和计算方法  54-59
    7.2.1 资料介绍  54-55
    7.2.2 资料验证及预处理  55-57
    7.2.3 计算方法  57-59
  7.3 近地面层湍流特征  59-64
    7.3.1 湍流强度  59-61
    7.3.2 稳定度和摩擦速度  61-62
    7.3.3 动量通量和感热通量  62-63
    7.3.4 拖曳系数  63-64
  7.4 结果与讨论  64-66
第八章 总结与展望  66-67
参考文献  67-73
致谢  73-74
个人简介  74

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中图分类: > 天文学、地球科学 > 大气科学（气象学） > 气象基本要素、大气现象 > 大气性质及大气结构 > 大气结构 > 臭氧层
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