紫外线准11年变化对平流层臭氧三维变化的影响及化学与动力机制

Ozone is the main heat source of the stratosphere and it has vital effects on that layer. Moreover, stratospheric ozone also has influences on the tropospheric climate for the coupling between the stratosphere and the troposphere through chemical and thermodynamic processes. Meanwhile, ultraviolet rays (UV) play a major role on formation and decomposition of ozone. Observations show that quasi-11a variations of UV lead to 0.2K temperature anomaly of lower tropospere in tropics. That anomaly has the same magnitude with the increasing temperature, 0.74K, in 100 years from IPCC. Recently, new satellites data indicate that the rangeability of quasi-11a circle of UV is 4 to 6 higher than that of the old data. And there are huge differences of ozone responses to quasi-11a UV changes of new and old data in the same two dimensional model. However, in the two dimensional model, there are not zonal transport processes which must be change by meridional variation of heat source caused by meridional variation of ozone. Consequently, we are going to put the latest UV data into three dimensional model with dynamic, radiative and chemical processess and to find out responses of three dimensional structure of ozone to UV quasi-11a variations. Using the output data of the three dimensional model, we can analyze the chemical mechanisms (chemical reations of ozone and related chemical tracers) and dynamic mechanisms (ozone transports) of UV quasi-11a variations affecting three dimensional variation of ozone. The results can deepen the understanding of effects of ultraviolet rays variations on ozone variations and even provide some new understanding.

臭氧是平流层的主要热源，对平流层有着至关重要的影响。而平、对流层又通过化学、热动力过程相互耦合，故平流层臭氧也对对流层气候产生影响。同时，紫外线在臭氧的生成与消亡中起到重要作用。观测发现，紫外线准11年变化可以使热带下对流层温度产生约O.2K异常，与IPCC的百年升温0.74K量级相当。随着新卫星资料的出现，发现紫外线准11年变化幅度可能比原来的认识要高4-6倍，将其输入二维模式，发现臭氧对新旧资料的紫外线准11年变化的响应差异巨大。但是二维模式没有纬向输送，而臭氧经向变化产生的热源经向变化，必然导致纬向输送的变化。故本项目拟将紫外线的最新资料输入三维动力、辐射与化学气候模式，得到平流层臭氧三维结构的响应。利用模式输出资料诊断紫外线准11年变化通过平流层相关化学反应与臭氧动力输送对臭氧三维变化影响的化学与动力机制。其结果可以加深紫外线变化对臭氧层变化作用的认识，甚至提供一些新认识。

臭氧是平流层的主要热源，对平流层有着至关重要的影响。而平、对流层又通过化学、热动力过程相互耦合，故平流层臭氧也对对流层气候产生影响。同时，紫外线在臭氧的生成与消亡中起到重要作用。观测发现，紫外线准11年变化可以使热带下对流层温度产生约O.2K异常。随着新卫星资料的出现，发现紫外线准11年变化幅度可能比原来的认识要高4-6倍。因此，本项目利用三维动力、辐射和化学耦合模式、辐射模式、再分析资料和卫星资料分析了紫外线准11年变化通过平流层相关化学反应与臭氧动力输送对臭氧三维变化影响的化学与动力机制。结果表明：在太阳紫外辐射相对强年，夏季平流层臭氧浓度以增大为主，臭氧浓度增幅最大的位置位于5 hPa附近的中低纬地区，而臭氧浓度在纬向上变化不大。而在青藏高原区明显与同纬地区存在差异，在太阳紫外辐射相对强年，青藏高原区臭氧浓度也增大，但相对于同纬度其他地区增大幅度要小。化学反应使平流层臭氧浓度增加，臭氧生成反应的作用增速快于其它消耗臭氧的反应增速，而在平流层北纬30度的净辐合，也是该地区臭氧增加的另一原因。在太阳紫外辐射相对强年，青藏高原区臭氧浓度也增大，但相对于同纬度增大幅度要小。原因是在太阳紫外辐射相对强年，青藏高原区域臭氧生成速率增速较同纬度其它地区小。另外，在紫外辐射相对强年与弱年的环流差值场显示，青藏高原区以幅散为主，特别是其西北部，可能是导致该区臭氧浓度增大小于同纬度的另一原因。