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2010年第五课题总结报告-大气所网站大气所网站大气所网站-中国
国家重点基础研究发展计划(973计划)
2010年度课题总结报告
项目名称:平流层大气基本过程及其在东亚气候与天气变化中的作用
课题名称:臭氧层恢复及其对气候变化的影响
课题编号:2010CB428605
起止年月:2010年1月-2014年8月
课题组长:刘煜
邮件地址:北京市中关村南大街46号 中国气象科学研究院100081
联系电话:010子邮件:liuyu@cams.cma.gov.cn
承担单位:中国气象科学研究院/云南大学
2010年12月15日
年度计划执行情况
计划完成情况
课题前两年研究任务
大气臭氧总量约90%位于平流层,称为臭氧层,臭氧层是整个地球表层生物圈得以生存和演化的紫外保护伞。20世纪80-90 年代,臭氧层存在持续性的损耗,全球平均臭氧柱含量降低了4%。南北两极的臭氧损耗尤其严重,特别是在南极春季出现了臭氧洞。科学研究表明,臭氧层损耗是由于人类制造和排放的氟利昂等造???的。各国政府从1987 年起陆续加入“蒙特利尔公约”等有关臭氧层保护公约,减少直至停止生产和使用氟利昂等消耗臭氧的物质。经过多年的努力,平流层臭氧含量自20 世纪90 年代末以来开始呈现上升趋势。一方面,臭氧层恢复将导致平流层变暖,另一方面,温室气体增加将导致平流层变冷,在这两大相反因素的作用下,平流层气候如何变化?目前,科学界正在研究臭氧层恢复与气候变化之间的联系以更好地预测未来臭氧层的丰富程度。围绕上述关键科学问题,前两年课题任务计划主要集中在以下两个方面:
(1)寻找臭氧层开始恢复的信号。收集相关卫星资料,主要包括臭氧和消耗臭氧物,以及平流层气溶胶等相关成分。收集地基观测的臭氧总量、消耗臭氧物和臭氧探空资料,以及UV辐射资料。利用卫星和地基臭氧总量资料、臭氧探空资料和多种卫星资料进一步分析大气臭氧的变化特征,寻找臭氧层开始恢复的信号。
(2)检验和调试WACCM模式,再现过去30年气候和臭氧的主要变化。调试化学-气候耦合模式(WACCM),利用再分析资料检验WACCM模式。为进行过去30年和未来50年的长期模拟与预测准备资料,包括海温、土地利用状况、温室气体浓度、消耗臭氧物的浓度、太阳辐射和气溶胶资料等。在考虑过去30年海温、温室气体浓度、消耗臭氧物的浓度、太阳辐射和气溶胶等重要因子变化的条件下,调试WACCM模式,使模式再现过去30年气候和臭氧的主要变化。
2010年开展的主要研究工作
2010年作为项目启动年,研究的主要工作集中在:
数据收集、准备和整理
收集探空资料、卫星资料和地面观测资料
收集再分析资料
检验和调试WACCM模式,再现过去20年气候和臭氧的主要变化
WACCM模式调试和检验
1980-2000年气候和臭氧的模拟与检验
大气臭氧的相关研究
中国地区臭氧总量的研究
青藏高原臭氧以及该地区平流层与对流层的质量交换
低纬地区臭氧的研究
2010年研究工作的主要进展
数据收集、准备和整理
卫星观测资料
TOMS,SAGE,MLS等
地面观测资料
臭氧总量,探空资料
再分析资料
ERA40,NCEP,臭氧资料
未来三种情景的资料
A1B,B1和A2情景的温室气体、CFCs等资料。
海温和海冰资料:通过合作得到海-气耦合模式CCSM模拟的三种未来情景的2000-2100年的海温和海冰资料。
检验WACCM模式
采用WACCM3模式自带的初始场和气溶胶等资料,以及英国气象局哈德莱中心的逐月海冰和海温资料作强迫,化学过程使用WACCM_MOZART模块,陆面过程耦合CLM2陆面模式,WACCM3模式从1965年1月运行至2000年1月。在分析过程中,分析后20年的结果(1980年1月至1999年12月)。
与ERA40的对比结果表明,WACCM模式可以较好地再现多年平均全球纬向平均的温度和风场的主要特征。通过与卫星观测的臭氧的对比显示模式可以较好地模拟臭氧的分布和季节变化,模式也模拟出1980-2000年全球平均臭氧总量的减少趋势,但是没有较好地反映出火山喷发对臭氧层的影响。图1展示了模拟的全球平均臭氧总量的变化和观测的变化。
图1 全球平均臭氧总量的变化(单位:%)。
中国4个地点地基与卫星臭氧总量长期观测比较
对我国河北香河、云南昆明、青海瓦里关及黑龙江龙凤山地基观测臭氧总量与不同时期、不同卫星反演的产品差别特点进行比较,评估地基和卫星观测臭氧总量数据的质量信息以及近30年来我国不同区域臭氧总量的变化趋势特征。结果表明:4个站点的地基与卫星观测臭氧总量的绝对和相对差别分别为-5~10DU 和-5%~4%;日平均相对差别基本上呈现随机分布特征。TOMS算法反演的卫星臭氧总量与地基差别总体上要优于与DOAS算法反演的同期产品。地基与卫星臭氧总量差别呈明显的区域特点,
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