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臭氧是对流层和平流层大气化学过程的核心,是一种重要的温室气体,而过量的臭氧也会造成大气污染。臭氧的气候效应,不仅依赖于它的总量而且强烈地依赖于它在大气中的垂直分布,因此迫切需要了解不同高度上大气臭氧变化的详细信息。此外,臭氧可以作为大气运动的示踪物,可将其应用于相应尺度的大气运动研究中。本文利用国产GPS03臭氧探空系统观测的2002年9月至2008年12月大气臭氧探空资料、ERA-40及NCEP的再分析资料,研究了北京地区上空臭氧垂直分布的基本特征,并将臭氧探空应用于大气运动分析以研究臭氧廓线异常(2008年冬季及2007年8月)因为。主要结论如下：
⑴北京地区上空臭氧垂直廓线分为单峰、双峰、多峰三种类型,臭氧分压垂直分布有显著的分层现象。臭氧平均臭氧柱总量冬春季高于夏秋季,双峰形和多峰形臭氧廓线结构多出现于冬春季节,上对流层／下平流层及边界层臭氧浓度变化较大,后者夏季高于冬季。
⑵北京地区上空年平均对流层项高度约为11.26km,夏季高,冬季低,臭氧对流层顶高度年均值约为9.97km,同样呈现出夏高冬低的季节变化特征。臭氧对流层顶始终低于对流层项。对流层顶抬高,对流层臭氧含量随之增加,很好的反映了UT／LS区域平对流层的交换。
⑶2008年冬季北京地区上空出现臭氧次峰值现象及对流层臭氧含量异常,其主要因为是平流层空气强烈下沉运动及其与对流层的交换作用,其特殊天气背景南、北方高低压系统相互配合,长期维持,加之副热带急流的出现,北京正处于其入口区左侧,造成冷空气长时间、稳定的南下,北京上空空气垂直运动剧烈,影响了臭氧的垂直分布。
⑷2007年8月北京上空平流层下层20-30km臭氧含量异常及极大值较往年均值偏小,对此现象的解释为:该层臭氧主要是低纬度向高纬度输送,夏季8月份低纬臭氧总量异常偏少,经向输送弱于多年平均,再加上30hPa以下反气旋式运动存在,有明显的上升运动,对流层顶抬升,对流层臭氧损耗气体大量进入平流层下层。