青藏高原地区一次深对流活动对平流层——对流层物质交换影响的模拟研究

利用WRF-Chem模式分析了2010年8月12日发生在青藏高原东南部的一次深对流过程中的平流层—对流层物质交换(STE)过程及其影响机制。结果表明,此次深对流系统具备穿透性对流特征,强上升气流能够直接将近地面含高浓度CO和低浓度O_(3)的空气输送至低平流层,使低平流层CO浓度升高、O_(3)浓度降低。同时,深对流活动激发了较强的湍流混合过程,在深对流活动结束后的3~4小时内,湍流混合作用导致上对流层下平流层(UTLS)区域持续发生STE过程,将对流层的冰晶、CO和O_(3)输送至低平流层,但受凝结脱水作用影响,湍流过程向低平流层传输的水汽减少。

青藏高原东北侧臭氧垂直分布与平流层-对流层物质交换

利用臭氧和温度探空廓线,结合NCEP/NCAR资料、TOMS臭氧总量卫星观测资料和NOAAHYSPLIT后向轨迹模式资料,通过个例分析探讨了影响青藏高原(下称高原)附近臭氧垂直分布的因子和过程。结果表明,动力过程是影响高原上空臭氧垂直分布的主要因子,特别是中高纬度高臭氧浓度的空气向南入侵会导致高原上空臭氧浓度的升高,影响高原上空臭氧低谷的范围大小和形态;尽管大气化学过程对高原上空的平流层下层臭氧垂直分布的影响并不显著,但是高原上空的平流层臭氧变化与温度变化具有较好的一致性。同时还发现,对流层上层的强反气旋系统,特别是中高纬度阻塞高压的边缘有明显的平流层空气向对流层入侵,从而导致对流层内臭氧浓度的增加。

江淮梅雨期平流层—对流层物质交换过程的个例分析

利用MERRA再分析资料,选取2007年江淮梅雨作为研究个例,通过对上对流层、下平流层(UTLS)区域3种化学示踪物(臭氧、一氧化碳和水汽)及位涡的水平与垂直分布变化的分析,探讨梅雨发生前后梅雨区上空的平流层—对流层物质交换(STE)特征。研究表明,梅雨期存在由对流层顶折卷造成的跨越对流层顶向下的物质传输和对流活动引起的物质向上传输。入梅前,主要是由对流层顶折卷造成的物质向下传输(至少能达到300 h Pa),这一过程导致对流层中上层存在高浓度臭氧及一个干层;随后,伴随梅雨的发生,对流活动频繁出现,对流层顶开始抬升,在入梅第二天已经恢复到对流层顶折卷过程发生之前的高度,对流层内的高浓度臭氧和干层也随对流层顶折卷的东移而移出梅雨区。还通过分析梅雨区臭氧和整个亚洲夏季风区臭氧的相对变化量发现,整个梅雨期的STE为物质的向下传输,在UTLS区,梅雨区对亚洲夏季风区的STE贡献为跨越对流层顶向下传输。

青藏高原地区上对流层—下平流层区域水汽分布和变化特征

利用2005-2008年青藏高原（下称高原）地区微波临边探测器MLS（MicrowaveLimbSounder）、高光谱分辨率大气红外探测仪AIRS（AtmosphereInfraredSounder）、ECMWF的ERA-Interim资料，以及NCEP／NCAR再分析数据和NOAAHYSPLIT（Hybrid；Single-ParticleLagrangianIntegratedTrajec-toryModel）轨迹模式资料，讨论了高原上空对流层顶附近的水汽分布和变化特征及高原上空平流层与对流层之间的物质交换。结果表明，3-4月高原南侧对流层顶附近100hPa存在一个水汽低值带，而7-8月和9-10月此处存在一个明显的水汽高值区。3-4月夏季风未发展之前，受高原大地形抬升和西风气流的影响，高原以南地区存在对流层与平流层的物质交换，而215hPa的高原中部地区（80°E-90°E）则由于空气的下沉运动将上层的干空气向下输送而出现一个水汽低值中心。7-8月，受印度夏季风和高原上空反气旋式环流的影响，高原上空有明显的水汽穿过对流层顶向平流层输送，反气旋环流中心的水汽经过2～4天的上升过程可以从对流层进入平流层。高原及其以东、以西地区的水汽在对流层顶附近的季节变化基本一致，100hPa三个不同区域的水汽在3月达到最低。

青藏高原沙尘示踪物从对流层向平流层传输的数值模拟

利用NCEP再分析资料和卫星观测资料,结合耦合了沙尘模块的中尺度模式WRF,通过个例分析研究了青藏高原及附近地区沙尘气溶胶从近地面向对流层上部和平流层下部传输的特征和机制以及青藏高原大地形对平流层与对流层之间物质交换的影响。结果表明,深对流活动可将近地面沙尘气溶胶传输到上对流层—下平流层区域,但是下平流层区域的沙尘气溶胶浓度分布依赖于地面沙尘源的位置和对流的强度,且与对流系统内是否有降水有关。在没有穿透性对流情况下,垂直上升运动不能直接将沙尘输送到下平流层,但上对流层的沙尘可通过扩散作用和小尺度的混合过程经过数小时缓慢地进入下平流层。在没有明显系统性降水的情况下,夏季青藏高原上空旺盛的对流活动和高地形使得高原上空成为气溶胶进入下平流层的主要区域。上对流层区域的沙尘气溶胶浓度还受到平流层空气入侵的影响,在没有强的地面沙尘排放源的情况下,平流层空气的入侵对上对流层区域气溶胶浓度的分布和演变有较大的影响。

一次南疆强沙尘暴沙尘向平流层上传的事实及模拟

利用NCEP客观分析资料、卫星观测资料和中尺度化学模式(WRF-Chem),对2007年4月17日发生在青藏高原(下称高原)北侧塔克拉玛干沙漠地区的一次沙尘过程进行分析,研究了高原及附近地区沙尘气溶胶从地面向对流层上部和平流层下部传输的特征和机制,以及不同粒径沙尘粒子在传输中的差异。结果表明,沙尘粒子的垂直传输高度与背景水平风场的垂直分布特征密切相关,在没有云微物理过程参与的情况下,当高原上空出现深厚南北风交汇,形成穿透对流层顶的上升运动时,源于塔克拉玛干沙漠地区的沙尘气溶胶粒子,能到达高原上空,在辐合上升运动的作用下传输至下平流层,且具有明显的倾斜向上传输的特征。进一步分析表明,到达平流层下层的沙尘在空间上并不与地面沙尘源的位置相匹配。不同粒径的沙尘粒子的传输表现出不同的特征,粒径小的沙尘气溶胶粒子更容易在上升气流的作用下传至下平流层,而粒径>8.0μm的沙尘粒子则在重力沉降作用影响下无法传至下平流层。敏感性数值试验结果表明,降低高原地形会使得高原上空沙尘气溶胶粒子向南和向上的传输变弱。

台风“麦莎”活动期间TTL区域的物质分布特征分析

利用ECMWF逐6 h的ERA-Interim再分析资料,分析了台风"麦莎"的环流场、位势高度场以及涡度场随时间的演变,了解台风的发生发展过程。在此基础上,进一步分析了台风发生发展期间热带对流层顶(TTL,称为热带对流层到经流层的过渡带)区域的云覆盖情况和微量物质(臭氧、云冰、水汽)分布特征,并对其产生的原因进行了初步探究。结果表明:(1)台风活动强盛地区的TTL区域臭氧浓度相对较低。(2)台风活动期间TTL区域云冰和水汽的浓度明显升高,浓度的高值中心处于台风中心附近。(3)台风活动会使其上空TTL区域的云覆盖量增加,在TTL区域上存在一个云量的极值区。(4)台风引起的垂直运动造成了对流层和平流层之间的物质交换,进而对TTL区域的微量物质产生重要影响。

东北冷涡引起的对流输送过程个例分析和数值模拟

平流层-对流层物质交换是影响全球大气成分收支的重要过程.过去的研究认为大尺度的交换过程在平流层-对流层物质交换中最为重要,但是近些年的研究表明,中小尺度过程对平流层-对流层物质交换也有重要贡献.本文利用OMI和MLS数据、ERA-Interim再分析资料,结合中尺度WRF模式综合分析了东北地区发生在冷涡前部和冷涡后部的两次强对流天气过程.结果表明:发生在冷涡前部暖锋云系中的强对流持续时间长,对流垂直尺度小,下平流层静力稳定度高;发生在冷涡后部的孤立强对流持续时间短,水平尺度较小,且在对流层顶附近,静力稳定度小,对流可穿出热力学对流层顶.从示踪物分布情况来看,两次强对流都可将示踪物输送到对流层顶附近,但是冷涡前部对流可将示踪物从边界层输送到整个对流层,而孤立对流是把示踪物输送到对流层顶,而不与自由对流层空气发生混合.