ISSN 1004-4965

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基于探空的武夷山区域0~6 km臭氧变化天气成因分析

邓慧颖 黄金洪 赵芮 蒋冬升 王宏

邓慧颖, 黄金洪, 赵芮, 蒋冬升, 王宏. 基于探空的武夷山区域0~6 km臭氧变化天气成因分析[J]. 热带气象学报, 2024, 40(5): 801-810. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2024.083
引用本文: 邓慧颖, 黄金洪, 赵芮, 蒋冬升, 王宏. 基于探空的武夷山区域0~6 km臭氧变化天气成因分析[J]. 热带气象学报, 2024, 40(5): 801-810. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2024.083
DENG Huiying, HUANG Jinhong, ZHAO Rui, JIANG Dongsheng, WANG Hong. Weather Causes of 0-6 km Ozone Variation in the Wuyishan Region: An Analysis Based on Radiosonde Observations[J]. Journal of Tropical Meteorology, 2024, 40(5): 801-810. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2024.083
Citation: DENG Huiying, HUANG Jinhong, ZHAO Rui, JIANG Dongsheng, WANG Hong. Weather Causes of 0-6 km Ozone Variation in the Wuyishan Region: An Analysis Based on Radiosonde Observations[J]. Journal of Tropical Meteorology, 2024, 40(5): 801-810. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2024.083

基于探空的武夷山区域0~6 km臭氧变化天气成因分析

doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2024.083
基金项目: 

国家自然科学基金重点项目 U22A20578

福建省自然科学基金 2021J01453

福建省自然科学基金 2021J01463

福建省自然科学基金 2023J011332

华东区域气象科技协同创新基金合作项目 QYHZ202313

福建省气象局基层科技专项 2023J06

详细信息
    通讯作者:

    王宏,女,福建省人,研究员,主要从事大气环境研究。E-mail:wh1575@163.com

  • 中图分类号: X16

Weather Causes of 0-6 km Ozone Variation in the Wuyishan Region: An Analysis Based on Radiosonde Observations

  • 摘要: 基于2022年福建省武夷山区域邵武站O3探空观测51次科学试验,分析该区域对流层中下层(0~6 km)O3的季节分布和O3体积混合比(OVMR)变化趋势,探究O3柱浓度(COA)排名前5和后5个例的大气环流形势、诊断物理量及垂直廓线的差异。结果表明:1.5 km以下OVMR春季>秋季>夏季>冬季,1.5 km以上OVMR呈现春季最大,夏季最低,除了秋季,其他季节均呈现随高度增加的趋势;0~6 km排名前5的个例有3个发生在4—5月,主导天气形势与风场为冷高压前偏北或高压底部偏东气流控制,2个发生在9月,为副热带高压和台风外围的下沉气流共同影响;且均表现出对流层中下层大气层结稳定,空气干燥,湿层很薄,存在明显的下沉气流,对流抑制能力强,低层为偏东风,风速在4~8 m·s-1之间。排名后5个例的发生月份、天气形势、诊断物理量等与排名前5个例的有明显的差异。

     

  • 图  1  福建武夷山区域邵武探空站位置示意图(a)、局部示意图(b)

    图1a中三角形表示北京、南京、杭州、重庆、邵武、清远探空站,底图审图号GS(2019)3082。

    图  2  国产CYT-1型O3探空传感器(a)、北斗卫星导航仪(b)

    图  3  2022年不同季节近地层O3-8 h分布(a)和0~6 km OVMR垂直廓线(b)

    图  4  2022年邵武探空站0~6 km COA季节分布图

    图  5  天气形势示意图

    图中红色三角形表示邵武位置。

    图  6  0~6 km COA排名前5(a)、后5(b)的OVMR垂直廓线

    注:图例中数字表示日期,如0504为5月4日OVMR垂直廓线

    图  7  邵武站2022年5月4日(COA Top 1)气象探空T-lnP

    图  8  邵武站2022年7月21日(COA Last 1)气象探空T-lnP

    表  1  2022年邵武站0~6 km COA排名前5和后5的典型个例

    排序 日期 COA/DU 排序 日期 COA/DU
    Top 1 20220504 28.25 Last 1 20220721 11.71
    Top 2 20220518 27.97 Last 2 20220622 13.15
    Top 3 20220406 27.71 Last 3 20221123 13.73
    Top 4 20220921 26.83 Last 4 20221116 14.83
    Top 5 20220907 24.01 Last 5 20220824 15.00
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    表  2  COA排名前5的气象探空诊断物理量

    关键参数 20220504 20220518 20220406 20220921 20220907
    CAPE/(J·kg-1) 0 0.9 0 0 0
    DCAPE/(J·kg-1) 609.1 713.7 282.2 209.3 711.1
    CIN/(J·kg-1) 0 0 0 0 0
    K指数 -5.3 -14.1 10.5 22.1 27.3
    可降水量PW/mm 0 0 0 0 0
    最大上升速度W-CAPE/(m·s-1) 0 1.3 0 0 0
    湿层(相对湿度>80%) (浅绿色横向阴影,图 7) 贴地,薄,厚度约200 m 1.贴地,薄,厚度约200 m;2.高,7.5 km以上 贴地,薄,厚度约200 m 高,4.0~7.5 km 高,3.2~7.5 km
    600 hPa下沉有效位能(深绿色斜向阴影面积,图 7) 面积大 面积大 面积中等 面积中等 面积大
    边界层风向,风速/(m·s-1) E, 2~6 E, 4~8 E, 2 E, 6~8 E, 2~8
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    表  3  COA排名后5的气象探空诊断物理量

    关键参数 无降水,但有降水潜势 有降水
    20220721 20220622 20220824 20221116 20221123
    CAPE/(J·kg-1) 887.9 1998.3 945.3 2.3 3.7
    DCAPE/(J·kg-1) 0 0 0.1 0.9 0
    K指数 36.1 37.9 40.7 33.9 36.3
    大气可降水量PW/mm 0 8.2 0 6.4 2.6
    最大上升速度W-CAPE/(m·s-1) 42.1 63.2 43.5 2.1 2.7
    湿层厚度(相对湿度>80%)(浅绿色横向阴影,图 8) 贴地,薄,厚度约200 m 整层 高,1.8 ~ 4.5 整层 整层
    600 hPa下沉有效位能(深绿色斜向阴影面积,图 8) 面积大 面积很小 面积大
    边界层风向,风速/(m·s-1) SW,4~16 SW,4~16 SE,2~10 SW-SE,2~6 S-NW,2~4
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  • [1] GAUDEL A, COOPER O R, ANCELLET G, et al. Tropospheric ozone assessment report: present-day distribution and trends of tropospheric ozone relevant to climate and global atmospheric chemistry model evaluation[J]. Elem Sci Anth, 2018, 6(1): 39.
    [2] MYHRE G, SHINDELL D, BRÉON F M, et al. Anthropogenic and natural radiative forcing. In: Climate change 2013: The physical science basis. Contribution of working group I to the fifth assessment report of the intergovernmental panel on climate change[M]//Stocker, T.F., D. Qin, G. -K. Plattner, M. Tignor, S.K. Allen, J. Boschung, A. Nauels, Y. Xia, V. Bex and P.M. Midgley (eds. ), Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA: Cambridge University Press, 2014: 659-740.
    [3] LEFOHN A S, MALLEY C S, SMITH L, et al. Tropospheric ozone assessment report: Global ozone metrics for climate change, human health, and crop/ecosystem research[J]. Elem Sci Anth, 2018, 6(1): 28.
    [4] HOLTON J R, HAYNES P H, MCLNTYRE M E, et al. Tratosphere-troposphere exchange[J]. Rev of Geophys, 1995, 33(4): 403-439.
    [5] 崔宏, 赵春生, 秦瑜, 等. 一次平流层-对流层交换过程中臭氧通量的估算[J]. 科学通报, 2004, 49(5): 506-513.
    [6] 刘毅, 刘小红, 李家伦, 等. 冷锋天气大气边界层内臭氧及氮氧化物的观测研究[J]. 大气科学, 2000, 24(2): 165-172.
    [7] 李国辉, 吕达仁. 对流层顶变化对上对流层/下平流层臭氧分布的影响[J]. 空间科学学报, 2003, 23(4): 269-277.
    [8] 吕达仁, 陈泽宇, 卞建春, 等. 平流层-对流层相互作用的多尺度过程特征及其与天气气候关系——研究进展[J]. 大气科学, 2008, 32 (4): 782-793.
    [9] REICH P B, AMUNDSON A G. Ambient levels of ozone reduce net photosynthesis in tree and crop species[J]. Science, 1985, 230(4 725): 566-570.
    [10] WHITE M C, ETZEL R A, WILCOX W D, et al. Exacerbations of childhood asthma and ozone pollution in Atlanta[J]. Environmental Research, 1994, 65(1): 56-68.
    [11] GALLARDO L, HENRQUEZ A, THOMPSON A M, et al. The first twenty years (1994-2014) of ozone soundings from Rapa Nui (27°S, 109°W, 51 m a. s. l. )[J]. Tellus Ser B, Chem Phys Meteor, 2017, 68(1): 1-16.
    [12] ZHENG Y L, DENG H Y, YOU H B, et al. A study of the vertical distribution and sub-peaks of ozone below 12 km over Wuyishan Region based on ozone sounding in Winter[J]. Atmos, 2022, 13(6): 979.
    [13] 陈源, 刘海磊, 段民征, 等. 利用探空资料验证北京地区OMPS卫星臭氧产品[J]. 遥感技术与应用, 2020, 35(3): 723-730.
    [14] 蔡兆男, 王永, 刘毅, 等. 利用探空资料验证GOME卫星臭氧数据[J]. 应用气象学报, 2009, 20(3): 338-339.
    [15] 石广玉, 许黎, 吕位秀, 等. 0—33公里大气臭氧和气溶胶垂直分布的气球观测[J]. 科学通报, 1986, 31(15): 1 165-1 167.
    [16] 郑向东, 李维亮, 周秀骥, 等. 臭氧垂直分布个例观测中次峰现象的诊断分析[J]. 自然科学进展, 2001, 11(11): 1 181-1 185.
    [17] LIU Q J, ZHENG X D, LUO C, et al. Ozone vertical profile characteristics over Qinghai plateau measured by electrochemical concentration cell ozonesondes[J]. Adv Atmos Sci, 1997, 14(4): 481-490.
    [18] KUNZ H, SPETH P. Variability of near-ground ozone concentrations during cold front passages: a possible effect of tropopause folding events[J]. J Atmos Chem, 1997, 28: 77-95.
    [19] 崔宏, 赵春生, 郑向东, 等. 2001年春季临安地区对流层臭氧异常增加的一次过程分析[J]. 大气科学, 2005, 29(2): 259-266.
    [20] 杨健, 吕达仁. 东亚地区平流层、对流层交换对臭氧分布影响的模拟研究[J]. 大气科学, 2004, 28(4): 581-588.
    [21] CHAN L Y, LIU H Y, LAM K S, et al. Analysis of the seasonal behavior of tropospheric ozone at Hong Kong[J]. Atmos Environ, 1998, 32 (2): 159-168.
    [22] 周秀骥, 罗超, 李维亮, 等. 中国地区臭氧总量变化与青藏高原低值中心[J]. 科学通报, 1995, 40(15): 1 396-1 398.
    [23] LI C H, LI Y B, PENG J M, et al. Analysis of vertical distribution of ozone in Winter and its transport from stratosphere to troposphere in the Pearl River Delta Region of China[J]. Journal of Sensors, 2022, 2022(15): 1-12.
    [24] LIAO Z H, LING Z H, GAO M, et al. Tropospheric ozone variability over Hong Kong based on recent 20 years (2000-2019) ozonesonde observation[J]. J Geophys Res, 2021, 126, e2020JD033054.
    [25] 林莉文, 卞建春, 李丹, 等. 北京城区大气混合层内臭氧垂直结构特征的初步分析——基于臭氧探空[J]. 地球物理学报, 2018, 61(7): 2 667-2 678.
    [26] 李丹, 卞建春, 范秋君. 东亚一次典型切断低压引起的平流层空气深入侵过程的分析[J]. 中国科学: 地球科学, 2014, 44(10): 2 315-2 327.
    [27] MA D, BIAN J, LI D, et al. Mixing characteristics within the tropopause transition layer over the Asian summer monsoon region based on ozone and water vapor sounding data[J]. Atmos Res, 2022, 271: 106 093.
    [28] 刘传熙, 刘毅, 王永. 基于探空资料的北京地区大气臭氧垂直分布特征[J]. 气象与环境学报, 2016, 32(1): 46-52.
    [29] SHUN C M, LEUNG K S. The first radioactiveity and ozone soundings in Hong Kong[J]. Hong Kong Meteorological Society Bulletin, 1993, 3(2): 21-27.
    [30] 孙宇婷, 郑向东, 卞建春, 等. 夏季青藏高原北部对流层臭氧垂直分布的观测研究[J]. 气象学报, 2022, 80(5): 806-818.
    [31] 郑永光, 陈鲁言, 陈尊裕, 等. 2001年春季临安, 昆明和香港臭氧垂直分布特征的对比分析[J]. 北京大学学报: 自然科学版, 2005, 41(1): 104-114.
    [32] ZHU T F, DENG H Y, HUANG J H, et al. Analysis of ozone vertical profiles over wuyishan region during Spring 2022 and their correlations with meteorological factors[J]. Atmosphere, 2022, 13(9): 1 505.
    [33] 王春辉, 李子亮, 王光磊, 等. 邵武市近地层臭氧分布特征及与气象条件的关系[J]. 海峡科学, 2023, 194(2): 14-19.
    [34] 郑向东, 宣越键, 林伟立, 等. 国产ECC型O3探空仪性能测试及室外比对观测[J]. 应用气象学报, 2018, 29(4): 460-473.
    [35] 王宏, 蒋冬升, 谢祖欣, 等. 福建省近地层臭氧时空分布与超标天气成因[J]. 中低纬山地气象, 2018, 42(1): 1-6.
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出版历程
  • 收稿日期:  2023-06-20
  • 修回日期:  2024-08-05
  • 刊出日期:  2024-10-20

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