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本论文在总结前人工作的基础上,主要着眼于东亚地区(50° E~170°E,10°N~70° N),利用1958-2010年ECMWF臭氧总量和臭氧混合比资料分析了该区域臭氧的时空分布特征。使用中国国家气象局国家气候中心提供的东亚大槽强度和位置指数分析了东亚大槽的变化特征及其与大气臭氧的关系。得到如下结果:
1、东亚地区大气臭氧空间纬向分布特征显著,冬春季节和年平均臭氧总量第一特征向量的空间分布在东亚东北部为槽型分布,与大气行星波的东亚大槽有很好的对应关系。
2、东亚地区大气臭氧在20世纪末发生一次突变,它的起始时间段在1991年。而近15年臭氧总量的变化在2002年发生突变,1995~2002年臭氧有一回升趋势,但是这种回升比较微弱,2002年之后东亚地区臭氧总量出现了下降的趋势,这种下降趋势也同样是较为微弱的。
3、北半球大气环流高度场和东亚地区臭氧总量有很好的相关关系,其中500hPa的相关性最好,且极涡和东亚大槽与东亚地区臭氧总量的关系最为密切。东亚地区位势高度场和同期同高度的臭氧质量混合比之间300hPa的相关性最高,其次为500、100、30hPa。位势高度场与臭氧质量混合比场的相关程度在不同高度上表现均不一致,但是在位势高度场中东亚槽区与东亚地区臭氧场的相关性均是最好的。
4、东亚大槽强度和位置指数的年际变化趋势和东亚地区臭氧总量的变化趋势有很好的一致性。都以1970年代中期为分界呈先增强(偏东、上升)后减弱(偏西、下降)的趋势。东亚地区大气臭氧(包括臭氧总量、平流层臭氧总量和对流层臭氧总量)和东亚大槽有相同的周期变化,具体来说有2a、5a、7~8a和12a左右的时间尺度波动。
5、东亚大槽强度异常强年东亚地区臭氧总量增多,大槽强度异常弱年东亚东北部地区臭氧减少,且其负距平的分布呈一非常明显的槽型结构;东亚大槽异常偏西或偏东,东亚地区臭氧总量都较常年偏少,但是臭氧总量呈槽型负距平的区域有明显的不同。
6、东亚及其沿海地区的臭氧总量和平流层臭氧总量与东亚大槽强度指数正相关,低纬地区呈负相关,对流层臭氧与大槽强度则在除赤道以外地区都呈负相关;东亚大槽位置指数与臭氧总量在整个北半球高纬度地区为正相关,与平流层臭氧总量则只在东亚沿海、北美东岸和欧洲地区呈正相关,与对流层臭氧的相关关系不明显。
7、东亚地区平流层和对流层臭氧总量的变化落后于东亚大槽强度的变化;东亚大槽位置的变化则在2a左右和4a左右的周期上落后于东亚地区臭氧总量、平流层臭氧总量的变化。
总体上,大气环流高度场与大气臭氧存在着明显的相互影响,在东亚地区东亚大槽与大气臭氧的相互影响特别明显。