东北切断低压系统中强对流引起的气溶胶向上对流层输送过程的研究

The uncertainty in aerosol radiative forcing is associated with the vertical distribution of aerosols. The convective clouds play an important role in transporting aerosols. How do the aerosols that reach the upper troposphere and lower stratosphere from the boundary layer during convective transport? The aerosols in UTLS will affect the weather and climate change through influencing the Earth’s radiation balance. In the tropic region, many previous studies have focused on vertical transport of aerosols from the boundary layer to upper troposphere and lower stratosphere, very few studies of convective transport of aerosols to upper troposphere have been conducted over Northeast China. Therefore, satellite observations of the Cloud-Aerosol Lidar and Infrared Pathfinder Satellite Observation (CALIPSO) and CloudSat are used in conjunction with a mesoscale chemical transport model (WRF-Chem) to analyze aerosols transport caused by deep convective clouds associated with cut off low systems. Exploring the detailed vertical structure of aerosols and the convective clouds, and identifying the relationships between the structure of convective clouds and aerosols transport to the upper troposphere may potentially lead to more accurate prediction of the Climate models.

气溶胶的垂直分布是影响气溶胶辐射强迫不确定性的一个重要因子，而对流对气溶胶垂直输送起主要作用，气溶胶是如何通过输送过程由边界层到自由对流层，并侵入到下平流层进而影响天气、气候变化是一个十分前沿科学问题。目前，热带地区，强对流引起的气溶胶输送过程已做了详尽的研究，而中纬度切断低压系统中对流引起的气溶胶输送过程的研究是一个相对薄弱环节。在东北亚地区，对流输送过程的研究处于起步阶段。因此，本研究拟应用遥感观测资料CALIPSO、CloudSat与WRF-Chem模式相结合的办法，对东北亚地区切断低压系统中强对流引起的气溶胶输送过程进行分析，获得对流附近气溶胶的分布特征，给出对流结构及其演变过程与气溶胶输送的关系，建立切断气压系统中对流输送的模型。

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。在东北亚地区，对流输送过程的研究处于起步阶段。因此，本项目利用OMI和MLS数据、ERA-Interim 再分析资料，结合中尺度WRF模式，综合分析了东北冷涡附近的两次强对流天气过程。取得如下成果：揭示了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。该结果增进了冷涡对流层顶附近输送过程的认识，丰富东北冷涡对流输送特征。完成项目预期目标：发表项目资助的论文4篇，会议报告7次（外方资助5次国际会议差旅费）；项目负责人晋升副高级职称，三名参与者中，两人获博士学位和一名参与者获硕士学位。