东亚中低纬臭氧层演变与环流系统及气候灾害关系的研究

It is known that the Stratosphere and Troposphere Exchange (STE) has an important influence on the tropospheric climate process，in which the atmospheric ozone is a key factor. Up to now, most of the study for climatic disaster mechanism are focused on the earth's surface，such as the heat source abnormity,and the searching for the influence clue from the upper boudary activity is still not enough. Based on our previously work,this study will be aimed at the relationship between stratospheric/ tropospheric ozone change and climatic disaster / circulation over the mid-low latitude region in East Asia. By using the synthetical study methods of mathematical statistics and physical diagnosis, we will discriminate the spatial-temporal distribution of atmospheric ozone in studying region, pick out the signal of STE, study the influence of some synoptic-scall system (such as Hadley cell, Asian monsoon, subtropital high and Typhoon activity) on the ozone distribution,and quest for the relationship between ozone abnormity and climatic disaster in the region. Furthermore, the relevant physical process will be obtained ,and the impact mechanism will be revealed, which can be used to provide the scientific foundation of formulating the plan for the global climate change and the derived issue in disaster prevention and reduction.

平流层-对流层相互作用(STE)是当今大气科学研究的前沿之一，大气臭氧在其中又扮演者重要的角色，STE对对流层气候有着显著的影响。以往对气候灾害的机制研究多从下垫面热源异常的角度出发，而从大气上界面异常的角度出发开展相应研究的工作尚不多见。本项目拟针对平流层及对流层大气臭氧变化影响东亚热带、副热带地区气候灾害的显著性和复杂性，在加强现有研究基础上，应用数理统计、物理诊断的综合研究方法，判识臭氧时空演化特征；寻找并分析STE的信号；研究Haddley环流、季风活动、副高活动、台风活动等大尺度大气环流系统或天气系统对大气臭氧分布的影响；探索臭氧层异常对东亚热带副热带地区气候灾害的影响，获得相应的物理过程；进一步应用数值模拟方法验证上述物理过程，获得大气臭氧层变化对该地区气候灾害影响的物理机制,以期为应对气候异常及其诱发的灾害提供防灾减灾预案的科学依据。

利用欧洲中心(ECMWF)再分析资料、臭氧质量混合比数据等数据，运用趋势分析、经验正交函数EOF、SVD、M-K检验等统计方法对臭氧总量的变化以及环流场、降水量等要素间的关系进行分析，结果表明：1、发现1994-2011年间东亚地区的臭氧总量稍有上升，但未到达1979-1993年的平均水平,并且在1984年臭氧总量有突变；2、1979—2011年北半球4 个关键区（北极、东亚、北美和西欧）的臭氧总量呈减少趋势，但减少的趋势已经减缓。自 1993、1994 年以来，北半球4 个关键区的冬季臭氧总量都为显著的上升趋势，上升趋势最大在北极地区为1.1577 DU/a；3、平均经圈环流与臭氧的垂直分布有很好的对应关系，Hadley环流在全球大气臭氧变化中起重要作用；4、南方涛动也会通过厄尔尼诺事件和拉尼娜事件来影响副高的强度，进而使得东亚地区臭氧总量发生变化；5、欧亚大陆西风带行星波影响区域对应臭氧含量高，则在行星波东亚大槽上空平流层温度偏高。而在欧亚大陆热带东风急流区域对应臭氧含量低，则在台湾以南-南海区域上空平流层温度偏低；6、冬季北极平流层臭氧总量与极窝强度的负相关关系较好，极涡强（弱）年极圈内以及极圈外的北美部分地区臭氧总量减少（增加）；7、火灾发生后，研究区及下风向区域的臭氧总量均有增加，与火灾中释放出的CO、NOX、CH4等臭氧前体物有关。