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北半球温带气旋干侵入中臭氧增强及平流层至对流层输送的多年综合视图。

Multi-year composite view of ozone enhancements and stratosphere-to-troposphere transport in dry intrusions of northern hemisphere extratropical cyclones.

作者信息

Jaeglé Lyatt, Wood Robert, Wargan Krzysztof

机构信息

Department of Atmospheric Sciences, University of Washington, Seattle, Washington, USA.

Science Systems and Applications Inc., Lanham, Maryland, USA.

出版信息

J Geophys Res Atmos. 2017 Dec 27;122(24):13436-13457. doi: 10.1002/2017JD027656. Epub 2017 Dec 18.

DOI:10.1002/2017JD027656
PMID:29479506
原文链接:https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC5823518/
Abstract

We examine the role of extratropical cyclones in stratosphere-to-troposphere (STT) exchange with cyclone-centric composites of O retrievals from the Microwave Limb Sounder (MLS) and the Tropospheric Emission Spectrometer (TES), contrasting them to composites obtained with the Modern-Era Retrospective-analysis for Research and Applications (MERRA and MERRA-2) reanalyses and the GEOS-Chem chemical transport model. We identify 15,978 extratropical cyclones in the northern hemisphere (NH) for 2005-2012. The lowermost stratosphere (261 hPa) and middle troposphere (424 hPa) composites feature a 1,000 km-wide O enhancement in the dry intrusion (DI) airstream to the southwest of the cyclone center, coinciding with a lowered tropopause, enhanced potential vorticity, and decreased HO. MLS composites at 261 hPa show that the DI O enhancements reach a 210 ppbv maximum in April. At 424 hPa, TES composites display maximum O enhancements of 27 ppbv in May. The magnitude and seasonality of these enhancements are captured by MERRA and MERRA-2, but GEOS-Chem is a factor of two too low. The MERRA-2 composites show that the O-rich DI forms a vertically aligned structure between 300 and 800 hPa, wrapping cyclonically with the warm conveyor belt. In winter and spring DIs, O is enhanced by 100 ppbv or 100-130% at 300 hPa, with significant enhancements below 500 hPa (6-20 ppbv or 15-30%). We estimate that extratropical cyclones result in a STT flux of 119±56 Tg O yr, accounting for 42±20 % of the NH extratropical O STT flux. The STT flux in cyclones displays a strong dependence on westerly 300 hPa wind speeds.

摘要

我们利用微波临边探测仪(MLS)和对流层发射光谱仪(TES)反演得到的以气旋为中心的臭氧(O)合成数据,研究温带气旋在平流层到对流层(STT)交换中的作用,并将其与通过现代时代回顾性分析研究与应用(MERRA和MERRA - 2)再分析以及GEOS - Chem化学传输模型得到的合成数据进行对比。我们识别出2005 - 2012年北半球(NH)的15978个温带气旋。最低平流层(261百帕)和对流层中层(424百帕)的合成数据显示,在气旋中心西南方向的干侵入(DI)气流中,有一个宽度为1000公里的臭氧增强区域,同时伴有对流层顶降低、位势涡度增强和水汽含量降低。261百帕的MLS合成数据表明,4月DI臭氧增强最大值达到210 ppbv。在424百帕,TES合成数据显示5月臭氧增强最大值为27 ppbv。MERRA和MERRA - 2能够捕捉到这些增强的幅度和季节性,但GEOS - Chem的数据低了两倍。MERRA - 2合成数据表明,富含臭氧的DI在300至800百帕之间形成垂直对齐的结构,并随暖输送带呈气旋式环绕。在冬季和春季的DI中,300百帕处臭氧增强100 ppbv或100 - 130%,在500百帕以下有显著增强(6 - 20 ppbv或15 - 30%)。我们估计温带气旋导致的STT通量为119±56 Tg O yr,占北半球温带臭氧STT通量的42±20%。气旋中的STT通量强烈依赖于300百帕的西风风速。

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