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利用WACCM4模式对平流层大气组成的模拟研究

作　者: 潘晨
导　师: 朱彬
学　校: 南京信息工程大学
专　业: 大气物理学与大气环境
关键词: 全球化学气候模式平流层化学非均相化学极地
分类号: P421.32
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

臭氧是平流层大气中最重要的一种组分,平流层化学的研究一般也是围绕其展开的。平流层臭氧浓度的变化将会对地球生命、大气温度和大气环流场等产生深远的影响。因此,平流层臭氧的研究是全球气候研究中一个重要环节。本文采用WACCM4模式为研究手段,针对三个方面的内容进行了研究,具体如下：(1)利用SD-WACCM模式对平流层各组分进行了模拟研究,并结合MLS和OMI卫星数据进行了对比分析。研究表明：SD-WACCM模式可以较好地模拟出平流层各要素的时空变化情况。但其与观测值仍存在一些差异,表明需要对该模式中的一些关键参数进行改进。总之,该模式是平流层化学研究的一个有效的工具。(2)2011年北极上空存在一个持续的冷涡,它是2011年北极春季“臭氧洞”形成的主因。这个冷涡的存在,一方面,隔绝了极涡内外物质交换,使得外界富氧空气难以输送到极地来补充极地区域平流层臭氧的损耗。另一方面,冷涡的存在保证了北极地区在极夜条件下维持一个低温,造成极地平流层云的大量形成,促进了大量卤素储库通过非均相化学反应转化为活性卤化物,加剧了春季臭氧的损耗。同时,极地平流层云的脱氮作用也促进了ClOx催化循环对臭氧的损耗。(3) RCP4.5未来情景预测出的2050～2054年臭氧浓度相比当前情况下,除250hPa高度附近有明显减少外,其他高度上臭氧均有不同程度的增加。全球各纬度带上臭氧总量均没有损耗加剧的趋势。40年后,对流层中下层的温室效应会继续加强；对流层上部的气温则会有所下降；平流层下部温度有所升高。将2050～2054年的排放源数据替换至2005～2009年,CFCs等臭氧损耗物质的含量降低,全球各纬度带上臭氧总量均有所恢复,但南半球臭氧总量恢复比北半球更为明显。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-8
第一章绪论  8-15
  1.1 研究目的与意义  8-9
    1.1.1 平流层O_3  8-9
    1.1.2 北极臭氧低值  9
  1.2 国内外研究进展  9-12
    1.2.1 平流层O_3的损耗机理  9-12
      1.2.1.1 Chapman机制  9-10
      1.2.1.2 NO_x、HO_x和ClO_x催化循环  10-11
      1.2.1.3 非均相化学反应  11-12
  1.3 平流层的卫星观测与数值模拟研究  12-14
  1.4 本文主要内容  14-15
第二章模式与资料介绍  15-20
  2.1 模式介绍  15-17
    2.1.1 SD-WACCM模式  16
    2.1.2 WACCM的RCP未来情景  16-17
    2.1.3 MERRA气象场资料  17
  2.2 卫星资料  17-20
    2.2.1 MLS  17-19
    2.2.2 OMI  19-20
第三章平流层组分的数值模拟与卫星资料对比分析  20-38
  3.1 平流层N_2O和HNO_3的分布和季节变化  20-24
  3.2 平流层ClO和HCl的分布和季节变化  24-28
  3.3 极地平流层云(PSCs)  28-29
  3.4 平流层O_3的分布和季节变化  29-31
  3.5 平流层H_2O和OH的分布和季节变化  31-33
  3.6 臭氧柱浓度的季节变化  33-37
  3.7 本章小结  37-38
第四章 2010～2011年北极冬春季“臭氧洞”成因的模拟研究  38-50
  4.1 MERRA数据插值检验  38-39
  4.2 50hPa风温场的分布与变化情况  39-41
  4.3 80.5°N以北温度的垂直分布和时间变化  41-42
  4.4 80.5°N以北HNO_3和极地平流层云粒子的垂直分布和时间变化  42-45
  4.5 80.5°N以北HCl、ClONO_2和ClO的垂直分布和时间变化  45-47
  4.6 80.5°N以北O_3的垂直分布和时间变化  47-48
  4.7 本章小结  48-50
第五章 RCP4.5情景下未来O_3和气候变化预测以及排放源对O_3影响  50-61
  5.1 排放源中各组分变化情况分析  50-54
  5.2 2050～2054年全球臭氧变化  54-56
  5.3 2050～2054年全球平均温度变化  56-58
  5.4 排放源对O_3浓度的影响  58-59
  5.5 本章小结  59-61
第六章总结与展望  61-63
  6.1 本文研究主要结论  61-62
  6.2 创新点  62
  6.3 讨论与展望  62-63
参考文献  63-68
作者简介  68-69
致谢  69

利用WACCM4模式对平流层大气组成的模拟研究

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