北極夏季大氣垂直結構與空間分布特征

陳志昆，李志強，丁明虎

(1. 國家海洋環境預報中心，北京100081；2.中國氣象科學研究院 極地氣象研究所，北京100081)

北極夏季大氣垂直結構與空間分布特征

陳志昆1，李志強1，丁明虎2

(1. 國家海洋環境預報中心，北京100081；2.中國氣象科學研究院 極地氣象研究所，北京100081)

低層大氣垂直物理剖面是研究大氣邊界層過程、模擬大氣環流過程和進行天氣預報的關鍵參數，海洋特別是北冰洋地區是氣象實測資料的稀疏區甚至是空白區。因此，中國第6次北極科學考察期間(2014年7月21日至9月11日)，我們使用GPS低空探空系統，對北極地區的大氣垂直結構和邊界層特征進行了觀測實驗。實地觀測結果表明：(1)遞減率對流層頂(LRT)和冷點對流層頂(CPT)均能準確的判斷該地區對流層頂的高度和溫度，NCEP再分析資料在較低緯度能夠很好的反應對流層頂變化特征，但是在海冰密集的北極地區(海冰密集度達9成以上)則相對較差，所以很有必要在該區域開展探空觀測研究。(2)在高空存在一個明顯的低溫區和高空急流，低溫區和高空急流中心區的海拔高度與對流層頂高度一致；在晴天和少云天氣，對流層頂高度變化不大；在多云和陰雨天氣，隨著緯度的升高對流層頂高度逐漸降低。在晴天和少云天氣相比多云和陰雨天氣，高空急流區的強度較弱，垂直和水平均范圍較小。(3)CPT和高空急流的高度隨著緯度有降低的趨勢，75°N以北的區域降低顯著；對流層垂直溫度遞減率隨著緯度呈現出逐漸增大的趨勢。(4)觀測期間，在海拔3 km以下均存在多個逆溫層。其中風速切變在逆溫層的消失或者減弱過程中起著重要作用，而在80°N以北區域，對流層頂逆溫(TIL)明顯小于其他區域。表明極點附近對流層與平流層之間的物質和能量交換相比其他區域更加強盛。

北極大氣結構；GPS探空；對流層頂；邊界層

1 引言

北極地區是氣候系統的重要組成部分[1—2]，而北極地區更是全球氣候與環境變化的敏感區和關鍵區[3]。人類活動主要在對流層進行，而平流層和對流層之間的物質和能量交換對于局地的天氣和氣候有著重要的影響[4—5]。因此，研究北極地區大氣的垂直結構有著重要的意義。北極地區極晝極夜的氣候特點，形成了獨特的大氣結構和邊界層特征。對流層和平流層之間的動力、化學和輻射過程直接影響著全球氣候變化[6—10]。對流層頂是對流層與平流層之間的過渡層，厚度約為幾百米到兩千米之間。對流層頂的存在阻礙了對流層與平流層之間物質和能量的交換，直接影響了近地面處的天氣和氣候[11—13]。但不同地區不同氣象條件下對流層頂高度的估算仍然具有很大的不確定性，制約了對平流層和對流層之間物質和能量交換評估的可信度。北極地區邊界層中，存在著逆溫層，而北冰洋下墊面的強輻射冷卻作用，易導致近地面的強逆溫層，這些逆溫層的存在和分布也直接影響著海-氣和冰-氣之間的物質和通量交換[14—15]。對極區冷空氣的集聚也有重要作用，從而對北半球，乃至全球氣候造成影響。因此，在北極海域開展GPS低空探空觀測，獲取實地大氣邊界層垂直結構，有重要現實意義。

鑒于以上原因，我們在中國第6次北極考察過程中，開展了GPS低空探空觀測實驗，并使用所獲取實測資料對北極地區的對流層垂直物理結構進行了分析，初步探明了北極地區大氣對流層頂和邊界層高度的緯向分布和變化特征。

2 資料與分析方法

2.1 數據和資料

2014年7月21日至9月11日期間，依托“雪龍”號破冰船，采用GPS探空系統沿考察路線(白令海-楚科奇海-北冰洋-楚科奇海-白令海)進行了大氣廓線探測實驗。探測要素包括氣壓、溫度、相對濕度、風向和風速。受到耗材數量、考察航線等條件的限制，探空實驗于白令海開始開展，按照規范，以當地時間每日9：00和15：00進行觀測(惡劣天氣下取消觀測)。去程途經楚克奇海，最終于8月18日抵達北冰洋81.8°N，157.5°W地區并建立長期冰站。9 d后，“雪龍”號啟程返航，途經北冰洋、楚科奇海、白令海。至9月11日探空儀耗盡，共進行65次實驗(圖1)。探測最大高度達到18 km以上，其中有56次探空高度超過12 km，僅有9次在8 km以下。

觀測采用北京長峰微電科技有限公司GPS探空系統，主要包括CFL-GPS-JS地面接收機、CF-GPS-JC地面基測箱、CF-06-A型探空儀以及美國Trimber地基GPS接收天線及底座。其溫度傳感器測量范圍為-80～+40℃，誤差±0.1℃，響應時間小于2 s；風速和風向測量范圍分別為0～100 m/s和0°～360°，誤差分別為±0.1 m/s和±1°，響應時間均小于1 s。該GPS探空系統的測量精度滿足中國氣象局常規高空氣象探測規范[16]。

按照通用做法，采用50 m的間隔對原始數據進行標準化處理，以每次探空最高高度作為最大判別高度。最終得到不同標準層的氣溫、風速、風向、氣壓和相對濕度資料，用于研究分析。

圖1 觀測站點的分布圖 Fig.1 The distribution of GPS radiosonde

2.2 對流層頂高度的計算

根據世界氣象組織[17]的定義，熱力學對流層頂是“溫度遞減率小于等于2 K/km或更小時的最低高度，在此高度以上2 km內的平均溫度遞減率均小于2 K/km”，所以又稱為“遞減率對流層頂”(Lapse Rate Tropopause，LRT)。

除此之外，有些研究是通過最低溫度來確定對流層頂的高度[15]，即“冷點對流層頂”(Cold Point Tropopause，CPT)：對流層和平流層之間溫度垂直變化率發生轉折的高度[18]。根據這兩種定義方法，分別計算得到了探測海域的LRT和CPT高度。

3 結果分析

3.1 大氣垂直結構特征

由圖2可以看出，兩種方法確定的對流層頂高度及其所對應的溫度緯向變化趨勢一致，并且數值相差較小。CPT和LRT溫度的相關系數高達0.98。不同緯度區域CPT溫度在-63.82～-44.68℃之間，平均CPT溫度為-55.45℃；不同緯度區域LRT溫度在-60.47～-40.89℃之間，平均CPT溫度為-53.02℃；整體來看，CPT溫度比LRT溫度平均低2.43℃。CPT和LRT高度的相關系數高達0.99，CPT高度始終高于LRT高度，它們高度最大相差1.10 km，最小相差0.30 km，平均相差0.56 km。由此可見，LRT和CPT在北極地區表現出了較好的一致性，LRT和CPT兩種對流層頂的定義均能準確的判斷該地區對流層頂的高度和溫度，從而反應出對流層頂的由氣候條件和天氣過程共同造成的變化特征。

此外，本文提取了距離每個GPS探空觀測點最近格點處，同期的NCEP對流層頂再分析資料(2.5°×2.5°)的對流層頂氣壓和溫度，并根據壓高公式[19]將NCEP對流層頂氣壓換算成高度，與觀測資料進行對比。由圖可以看出，NCEP再分析資料的對流層頂高度和溫度整體上與觀測數值相吻合，說明其適用于研究區域或者全球對流層頂的季節、年際或者年代際特征。但是在海冰覆蓋率極高的北極地區(2015年8月15-30日，在77°N以北的航線上海冰密集度達到9成以上)，NCEP再分析資料不能很好的反應出對流層頂溫度和高度的變化特征，這也使得加強開展該區域的探空觀測研究顯得很有必要。

圖2 兩種方法計算的對流層頂溫度及高度的緯向分布Fig.2 Compare the tropopause height and temperature of two methods

圖3 北極地區溫度(a)和風速剖面(b)的緯向分布(“+”代表對流層頂高度)Fig.3 The zonal distributions of temperature (a) and wind speed profiles (b) from mid to high latitude of north hemisphere(the ‘+’ represents the tropopause height)

圖4 不同天氣條件下GPS探空觀測的溫度和風速剖面的緯向分布(“+”代表對流層頂；a、b為晴天和少云；c、d為多云和陰雨天氣)Fig.4 The zonal distribution of temperature and wind speed profile by GPS sounding(the “+” represent the tropopause height; a，b represents sunny or cloudless condition; c，d represents cloudy or rainy condition)

圖3給出觀測期間溫度和風速隨高度變化的緯向剖面圖(56個觀測點)。由圖3a可知，在56°～82°N的北極地區，近地面大氣均存在明顯的逆溫結構；逆溫層頂以上，溫度隨高度有明顯降低趨勢。在8～14 km高空存在一個明顯的低溫區，最低溫度低于-50℃，由計算可知這個低溫區為對流層頂所在的區域，并且低溫區高度和對流層頂高度隨著緯度的升高逐步降低。而低溫區以上溫度變化較緩慢，并出現逆溫區域，具有平流層下部溫度變化的特點。由圖3b可知，高空急流的最大風速區與對流層頂高度區域相一致。近地風速和高度正相關，1～2 km高度有些緯度空間存在風速大值區域，也就是低空急流區域。低空急流風速大都在10 m/s左右，受局地天氣系統影響而有所變化。在3 km以上，風速隨高度明顯增大。在北極地區的高空均存在一個明顯的大風區，即高空急流。由圖可見，隨著緯度的升高，高空急流的強度在明顯減弱。在60°N附近區域高空急流的中心最大風速超過60 m/s。在70°～78°N區域，其中心最大風速為40 m/s左右。在80°N以北區域，其中心最大風速為20 m/s左右；隨著緯度的升高，高空急流的垂直范圍也在明顯減小。在60°～68°N區域，高空急流的垂直范圍為4～16 km。在70°～78°N區域，高空急流的垂直范圍為6～12 km。在80°N以北區域，高空急流的垂直范圍為8～10 km。高空急流以上風速隨高度快速減小，直至平均風速與地面相當。高空急流的中心區與平流層底層的逆溫層相對應，減弱了平流層與對流層之間的物質交換。

大氣的水平運動和垂直運動受低空和高空天氣系統的控制，進而產生不同的天氣現象。而大氣對流層頂是對流層和平流層之間的邊界，或者說是對流層到平流層的過渡層，它阻礙著氣溶膠和水汽的交換，阻礙著積雨云頂的垂直發展，決定著云的上限、降水以及與云有關的天氣現象的位置[11]。因此，我們以晴雨為條件，區分不同的天氣系統(圖4)，進而研究不同氣象背景下的大氣垂直結構。在我們的考察中，共觀測到晴天和少云天氣19 d(圖4a，b)，主要分布在70°～82°N；多云和陰雨天氣共37 d(圖4c，d)，主要分布在56°～82°N。

由圖4a可知，在56°～72°N區域，對流層頂高度變化不大，而在72°N以北的區域，對流層頂高度略有降低。也就是說在對流活動相對較弱的晴天和少云天氣，對流層頂高度變化不大；由圖4c可知，在對流活動相對較強的多云和陰雨天氣，隨著緯度的升高對流層頂高度逐漸降低，而在北冰洋區域，對流層頂的降低更加顯著，這種由海-氣和冰-氣的邊界層物理過程和熱力學差異造成的現象可稱為“72°N效應”[20—21]。并且相近區域的對流層頂高度，在晴天和少云天氣比多云和陰雨天氣下的更高。并且隨著緯度的升高，這種天氣不同造成的對流層頂高度差逐漸增大。

相比多云和陰雨天氣，晴天和少云天氣高空急流區的強度較弱，垂直和水平范圍均較小。在68°～78°N區域出現了高空急流，海拔高度在6～12 km，最大中心風力約為35 m/s。而在其他區域沒有出現高空急流區(圖4b)。在多云和陰雨天氣下，68°～78°N區域出現高空急流，海拔高度在4～16 km，最大中心風力約為60 m/s；同時隨著緯度的升高，高空急流區的最大海拔高度逐漸降低，這與對流層頂高度的降低一致。在60°～64°N的區間內，也就是白令海海域內，高空急流區的強度和垂直范圍相比其他區域異常強大，這與白令海海域特殊的氣候背景有關。

為了更加詳盡的研究北極地區對流層頂隨緯向分布特征，我們按緯度將考察區域劃分為58°～60°N、60°～65°N、65°～70°N、70°～75°N、75°～80°N和80°N以北共6個區域，分別記為Ⅰ區、Ⅱ區、Ⅲ區、Ⅳ區、Ⅴ區、Ⅵ區。受到考察隊航行計劃和考察任務的限制，我們在不同地區進行GPS探空實驗的分布不均。具體的觀測記錄情況如表1所示。在75°～80°N區域探空試驗次數最多，一共進行了27次探空觀測。

表1 6個緯向區域范圍考察期間GPS探空分布Tab.1 The sounding situation of various latitudinal district during 6th Arctic expedition

圖5 6個緯度區域溫度(a)和風速(b)平均垂直廓線(a中藍色短橫線為標準差，兩條黑線為對流層和過度層的線性擬合)Fig.5 The vertical profile of mean temperature (a) and wind speed (b) in 6 zones from mid to high latitude(blue dash in a illustrates the standard deviation)

圖5a給出了6個區域溫度的平均垂直廓線，從溫度廓線可以看出不同區域的對流層頂高度以及邊界層逆溫層的情況。在逆溫層之上，溫度隨著海拔高度的升高逐漸降低，直至冷點流層頂(CPT)，之后又逐漸升高。6個區域平均CPT溫度分別為-46.64℃、-55.97℃、-53.00℃、-53.14℃、-55.85℃和-47.82℃；而6個區域平均CPT的海拔高度分別為10.75 km、12.45 km、11.75 km、11.10 km、11.25 km和8.95 km。在Ⅰ～Ⅵ區，CPT高度隨著緯度整體呈現出下降的趨勢。在Ⅱ～Ⅴ區降低的趨勢較緩，在Ⅵ區出現了劇烈的下降，降幅超過2 km；6個區域平均對流層大氣垂直溫度遞減率分別為6.20 ℃/km、6.28 ℃/km、6.43 ℃/km、6.57 ℃/km、6.74 ℃/km和6.72 ℃/km，符合對流層常規觀測結果(6～7℃/km)[19]。對流層垂直溫度遞減率隨著緯度呈現出逐漸增大的趨勢，Ⅳ～Ⅵ區對流層垂直溫度遞減率超過6.7℃/km，說明北極冰蓋對于北極地區大氣溫度垂直結構有著重要的影響。

由圖5a可以看出，在6個區域CPT高度以上2 km(對流層與平流層過渡帶)的區域內溫度隨高度明顯增加，存在明顯的對流層頂逆溫層(Cold Point Tropopause Inversion Layer，TIL)。據前人研究，TIL主要受兩種因素的影響：一是對流層頂附近的臭氧和水汽的輻射效應[16]，二是大尺度的動力過程對對流層頂上靜力穩定度的增強作用[22]。TIL的垂直溫度遞減率越強，表明對流層頂附近的大氣更加穩定；垂直運動非常微弱，則會阻礙平流層和對流層的物質能量交換。6個區域TIL的平均垂直溫度遞減率分別為-3.80℃/km、-2.80℃/km、-3.23℃/km、-3.43℃/km、-4.19℃/km和-2.02℃/km。可以看出Ⅵ區的平均垂直溫度遞減率明顯小于其他區域，這與該區域CPT高度顯著降低相一致，表明Ⅵ區對流層與平流層之間的物質能量交換更加強盛。圖4a顯示在TIL以上為恒溫層，溫度變化非常小。

圖5b顯示了研究區域風速廓線變化特征。可以發現1 km高度以下的邊界層內，6個區域均存在一個較小的風速極大值，這與邊界層逆溫相對應。在1 km以上的空間內，風速隨高度增大，并且存在一個風速極大值，6個區域高空急流的最大風速分別為12 m/s、40 m/s、20 m/s、34 m/s、14 m/s和16 m/s，對應的海拔高度分別為10.25 km、12.25 km、10.75 km、10.25 km、8.50 km和8.00 km。可見高空急流的海拔高度隨著緯度增加有降低的趨勢。高空急流區與對流層和平流層的過渡層相對應，致使對流層和平流層之間的物質和能量交換減弱。高空急流之上，風速隨高度減小，而在13 km之上，變化不大。

3.2 邊界層結構特征

3.2.1 邊界層高度

為準確地確定邊界層高度，本文采用兩種方法判定邊界層頂高度：(1)認為逆溫層底高度即為邊界層高度，用Hb[23]來表示；(2)溫度梯度最大時的高度定為邊界層高度，一般出現在逆溫層的中間高度，用h[24]表示。由定義可知，h的高度大于Hb。圖6顯示了6個區域兩種方法判定的h和Hb之間的關系，它們的相關系數為0.764，Hb為50～2 200 m，h為50～2 300 m。圖7顯示了兩種方法確定的研究區域邊界層高度。根據計算結果，在北極地區h和Hb的平均高度分別為458.4 m和226.9 m。當只存在一層逆溫結構，并且逆溫層的層底高度較高的時候，兩種定義邊界層的方法均可。而當逆溫出現多層結構，并且當存在接地逆溫或者較底層逆溫時，Hb確定的邊界層高度偏低，一般采用h來確定邊界層高度。兩種方法都可以很好地用來確定北極地區夏季的邊界層頂。

圖6 兩種定義邊界層高度的比較Fig.6 The comparison of the PBL heights by two definitions

圖7 兩種方法計算的觀測試驗的邊界層高度Fig. 7 The zonal distribution of the PBL height of PBL by two definition

3.2.2 邊界層逆溫特征

圖8給出了觀測區域溫度和風速垂直遞減率的空間分布。由圖8a可知，在海拔3 km以下均存在多層的不同強度、不同厚度的逆溫層，所有區域的垂直尺度較大的逆溫層均在海拔高度1 km以下。在北極地區，0.1 km以內的近地層存在很強的接地逆溫層，也稱接地逆溫。這是由于夏季是北極的融冰季，而海冰融化將吸收近地面空氣的潛熱。近年來，北極海冰有減少的趨勢，夏季海洋會從大氣中吸收更多的熱量，這有利于接地逆溫的增強[25]。圖8b可以看出，接地逆溫區域頂部，存在很強的風速切變。而在邊界層中高層存在多層風速切變區域，與圖8a中的多層逆溫層相對應。風速切變和不同天氣系統造成的冷平流或者暖平流有關。風速切變可以致使上下層之間的空氣發生混合，致使逆溫層減弱或者甚至消失了，從而導致了邊界層中高層多層逆溫層的出現。

圖9給出了6個區域海拔3 km以內的溫度和風速平均垂直廓線。從圖9a中可以看出6個區域在海拔1km內均存在明顯的逆溫層，且逆溫層表現出多層特征。Ⅰ區、Ⅱ區、Ⅳ區和Ⅴ區存在一個逆溫層，逆溫強度分別為8.6℃/km、18.26℃/km、14.49℃/km和8.13℃/km，可以看出逆溫層層底的高度越低，其逆溫強度越強；而Ⅲ區和Ⅳ區存在雙層逆溫層，它們的雙層逆溫層的強度分別為87.89℃/km、3.87℃/km和47.46℃/km、5.17℃/km，其中第一層逆溫層為接地逆溫，強度高度87.89℃/km和47.46℃/km，遠遠高出其他逆溫層的強度。6個區域的逆溫層頂高度分別為500 m、100 m、500 m、800 m、400 m和800 m，Ⅲ區和Ⅵ區的逆溫層分別在200 m和100 m海拔高度處出現了分層。由圖9b可以看出6個區域海拔在1 km內均存在風速極值，分別為7 m/s、10.5 m/s、12 m/s、12.5 m/s、3.5 m/s和9 m/s，分別位于500 m、100 m、200 m、600 m、350 m和600 m高度。6個區域在逆溫層頂高度附近處均存在風速切變，因此風速切變對于逆溫層的消失或者減弱有著重要的作用。而Ⅲ區和Ⅵ區的逆溫層出現分層的海拔高度200 m和100 m處，均存在一個明顯的風速切變，正是這個風速切變將逆溫層分為了兩層，并顯著的減弱了第二層逆溫的逆溫強度。各個區域的逆溫層高度和平均溫度廓線并沒有表現出緯向的變化特征，可見逆溫層的變化主要還是由對流層的天氣系統所決定的。

圖8 觀測區域邊界層中溫度和風速垂直遞減率的緯向空間分布Fig.8 The zonal distribution of the vertical lapse rate of temperature and wind speed in boundary layer below 3 km

圖9 6個緯度區域3 km以下的平均溫度(a)和風速(b)垂直廓線Fig.9 The average vertical profile of temperature (a) and wind speed (b) in 6 districts below 3 km during observation above surface

4 結果與展望

通過實地觀察和數據分析，我們對北極地區夏季對流層垂直結構和邊界層特征有了初步的認識，這對于驗證和改進模式中的邊界層中參數有著重要意義。主要結果如下：

(1)遞減率對流層頂(LRT)和冷點對流層頂(CPT)兩種對流層頂的定義均能準確的判斷該地區對流層頂的高度和溫度。平均CPT溫度比LRT溫度低2.43℃。CPT高度始終高于LRT高度，它們高度最大相差1.10 km，最小相差0.30 km，平均相差0.56 km。NCEP再分析資料在較低緯度能夠很好的反應對流層頂變化特征，但是在海冰密集的北極地區(海冰密集度達9成以上)則相對較差，所以很有必要在該區域開展觀測研究。

(2)在高空存在一個明顯的低溫區和高空急流，低溫區和高空急流中心區的海拔高度與對流層頂高度相一致，隨著緯度的升高逐步降低。隨著緯度的升高，高空急流的強度在明顯減弱，高空急流的垂直范圍也在明顯減小。高空急流的中心區與平流層底層的逆溫層相對應，減弱了平流層與對流層之間的物質交換。

(3)在晴天和少云天氣，對流層頂高度變化不大；在多云和陰雨天氣，隨著緯度的升高對流層頂高度逐漸降低，而在北冰洋區域，對流層頂的降低更加顯著，這種由海水和海冰的熱力學差異造成的現象可稱為“72°N效應”。在晴天和少云天氣相比多云和陰雨天氣，高空急流區的強度較弱，垂直和水平均范圍較小。

(4)6個緯向區域CPT的海拔高度分別為10.75 km、12.45 km、11.75 km、11.10 km、11.25 km和8.95 km。高空急流的海拔高度分別為10.25 km、12.25 km、10.75 km、10.25 km、8.50 km和8.00 km。CPT高度和高空急流的海拔高度隨著緯度有降低的趨勢，Ⅵ區的CPT高度降低顯著，而Ⅴ區和Ⅵ區的高空急流高度降低顯著，達到2 km左右。高空急流區與對流層頂和平流層的過渡層相對應，致使對流層和平流層之間的物質和能量交換減弱。

(5)對流層大氣垂直溫度遞減率隨著緯度呈現出逐漸增大的趨勢。而對流層頂逆溫層(TIL)垂直溫度遞減率在Ⅵ區出現了明顯的降低，這與該區域CPT高度顯著降低相一致。表明在Ⅵ區對流層與平流層之間的物質和能量交換相比其他區域更加強盛。

(6)在北極地區h和Hb均可以用來確定邊界層高度，它們的平均高度分別為458.4 m和226.9 m。觀測試驗的h為50～2 300 m，Hb為50～2 200 m。

(7)在海拔3 km以下均存在多層的不同強度、不同厚度的逆溫層，逆溫層層底的高度越低，其逆溫強度越強。在相同的海拔高度處存在多層的不同強度風速切變與之相對應，可見風速切變對于逆溫層的消失或者減弱有著重要的作用。

致謝：感謝中國第6次北極考察隊隊友的幫助。

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Study of atmospheric vertical structure and distribution characteristics over Arctic region in summer

Chen Zhikun1，Li Zhiqiang1，Ding Minghu2

(1.NationalMarineEnvironmentalForecastingCenter，Beijing100081，China; 2.InstituteofPolarMeteorology,ChineseAcademyofMeteorologicalSciences，Beijing100081，China)

Atmospheric vertical structure is a significant element to study planetary boundary layer and simulate atmospheric circulation. Therefore, based on the GPS radiosonde data obtained from the 6th Chinese Arctic expedition during summer of 2014, the vertical structure of the troposphere and the boundary layer characteristics over high latitude region of the northern hemisphere and the Arctic region were analyzed. The results show that: (1) LRT and CPT can both estimate the tropopause. The NCEP reanalysis data can represent the characteristics of tropopause over lower latitude area properly, however, it is not as well in the Arctic region where ice concentration is more than 90%. It is of importance to carry out GPS radiosonde. (2) These GPS soundings reveal a vertical domain of low temperature and high wind speed, which correspond to the tropopause. When it is sunny or cloudless, the tropopause tends to stable along the variation of the latitude. On the contrary, when it is cloudy or rainy, the tropopause tends to decrease at latitudes form 60°N to 82°N. (3) The height of the CPT and high wind speed both remarkably decrease in the region with latitude higher than 75°N. (4) All 6 regions have inversions in the boundary layer. The peaks of wind speed in the boundary layer result to weaken the reversion or make the reversion disappear.

atmospheric vertical structure over Arctic region; GPS radiosonde; tropopause; planetary boundary layer height

2015-05-18；

2015-07-30。

北冰洋物理海洋與氣象環境變化評價項目(CHINARE2014-04-03)；科技部973項目(2013CBA01804)；青年基金(41206179)。

陳志昆(1988—)，男，甘肅省通渭縣人，工程師，主要從事短期天氣預報和極地氣象方面研究。E-mail：zhkchen@126.com

10.3969/j.issn.0253-4193.2015.11.007

P404

A

0253-4193(2015)11-0068-11

陳志昆，李志強，丁明虎. 北極夏季大氣垂直結構與空間分布特征[J]. 海洋學報，2015，37(11): 68-78，

Chen Zhikun，Li Zhiqiang，Ding Minghu. Study of atmospheric vertical structure and distribution characteristics over Arctic region in summer[J]. Haiyang Xuebao，2015，37(11): 68-78，doi：10.3969/j.issn.0253-4193.2015.11.007