青藏高原上空穿透性深对流对平流层-对流层物质交换的影响

The stratosphere-troposphere exchange (STE) plays a critical role in the distribution of atmospheric compositions and chemical processes in the stratosphere and troposphere. Previous studies have pointed out that summertime convective activities are strong and the STE over the Tibetan Plateau (TP) is very active, and the TP is a main pathway for tropospheric air masses entering the stratosphere. Due to its high top height, overshooting convection has a significant impact on STE. But so far, the spatial and temporal characteristics of overshooting convections still remain unclear. It is also worth investigating details about how the overshooting convections over the TP influences the STE and to what extent does it contribute to the global STE. In this project, the characteristics and maximum altitude of the overshooting convection over the TP are diagnosed using the observations, as well as the long-term trends in the overshooting convection and its driving mechanisms are also analyzed. Based on observations and numerical simulation results, the influence of overshooting convections over the TP on masses STE, especially the transport of water vapor and aerosol near the tropopause, are further investigated. The project will also quantify the contribution of overshooting convections over the TP on region and global STE. Project research focuses on the impact of the systems over the TP on STE and this project is distinctive and novel.

平流层-对流层物质交换（STE）对平流层和对流层的大气成分分布和化学过程有着不可忽视的作用，以往的研究发现青藏高原在夏季对流活动旺盛，STE异常活跃，夏季高原也因此成为对流层物质进入平流层的一个重要区域。高原上空的穿透性深对流因其发展高度较高而对STE有着极其重要的作用，但是青藏高原上空深对流的时空变化特征，穿透性深对流影响STE的细节及其对全球STE的贡献还不是很清楚。项目拟从资料分析入手诊断高原上空穿透性深对流的强度和所能达到的最大高度，分析青藏高原上空穿透性深对流的长期变化趋势及其成因，在此基础上结合模式模拟研究青藏高原上空的穿透性深对流产生的垂直输送过程对STE的影响，重点探讨穿透性深对流对水汽和气溶胶垂直输送过程的影响及内在物理机制，并进一步定量化给出青藏高原上空穿透性深对流引起的局地STE变化对全球STE的贡献。项目研究聚焦于青藏高原对STE的影响，具有特色和创新。

青藏高原作为对流层物质向平流层输送的一个重要通道，其上空的平流层-对流层物质交换（STE）过程是目前的一个前沿研究领域。项目以青藏高原上空深对流活动及其对STE的影响为主体研究内容，利用多种卫星资料、再分析资料以及模式模拟资料研究了高原上空不同强度深对流活动的时空分布特征和长期变化趋势，探讨了高原及邻近地区由深对流活动造成的物质上传对上对流层-下平流层（UTLS）区域大气痕量成分分布的影响及影响机制，定量分析了高原及邻近地区STE的时空变化特征和长期变化趋势，给出了高原STE在全球STE收支中的贡献。. 项目取得的主要研究成果如下：（1）发现亚洲夏季风期，20 dBZ回波顶高达到14 km的深对流系统在高原南坡的发生频数最高，40 dBZ回波顶高大于10 km的深对流系统在喜马拉雅山西北部凹陷区内的发生频数最高；在1998-2010年，不同强度深对流活动的发生频数均呈增加趋势。（2）发现北半球夏季，南亚高压反气旋内100 hPa高度上化学物质的分布与传输主要受反气旋环流东西振荡的影响，而215 hPa高度上化学物质的传输主要与深对流活动有关。此外，伊朗高原上空的物质分布与南亚高压的水平移动相关。（3）发现高原地区穿越对流层顶的质量年交换量占全球STE的2.96%。冬季，青藏高原及邻近地区上空净的STE存在一个强的波列结构，这一波列结构与陡峭的对流层顶气压经向梯度或热力对流层顶的垂直不连续性引起的沿着对流层顶的水平质量交换有关。在1979-2009年期间，冬季青藏高原地区向上和向下的STE均呈显著增加的趋势，主要是由对流层顶高度抬升、西风急流增强及高原冬季风减弱的共同作用导致的。项目研究还讨论了北极极涡对极地平流层臭氧变化的作用以及平流层极端极涡事件与对流层阻塞之间的联系。这些结果为正确认识高原STE在全球STE过程中的作用以及合理预测未来气候变化提供了重要的理论参考。. 在三年的项目研究过程中，共发表科技论文4篇，其中SCI论文3篇，国内核心期刊论文1篇，另有1篇核心论文接收待刊，达到了项目预期的研究目标。