冬季北太平洋地区气旋活动及对水汽垂直输送的作用

冬季北太平洋地区气旋活动频繁，气旋中空气辐合上升将水汽输送至对流层上层甚至平流层低层，从而造成对流层上层和平流层低层水汽分布发生变化，进而影响这一层次辐射平衡和光化学反应过程。本项目首先利用ECMWF再分析资料分析该地区冬季气旋结构特点和气旋活动的强度、路径和频次等统计特征；在此基础上利用 CloudSat 和EOS/MLS卫星探测资料，分析对流层上层和平流层低层水汽的时空分布及变化特点，特别是深厚气旋系统中上升气流引起的水汽垂直输送作用，还通过数值模拟方法对冬季该地区气旋活动进行模拟计算，给出气旋活动引起水汽垂直输送过程和方式的物理概念模型。本项目以冬季北太平洋地区气旋活动及其对水汽的垂直输送为研究主体，借以揭示中纬度地区对流层对平流层的作用，是对以往只关注热带地区深厚对流及水汽垂直输送作用研究的延伸和发展，为进一步研究对流层与平流层相互作用提供基础。

利用CloudSat/CALIPSO融合的卫星遥感云产品，研究了北太平洋地区深对流云分布的季节变化等气候特征；利用ECMWF-Interim再分析资料集提供的基本气象要素，统计了冬季北太平洋地区气旋活动中心位置和移动路径；利用MLS微波临边遥感大气成分数据，分析了北太平洋地区对流层上层与平流层低层水汽混合比垂直分布变化等气候特征。对深对流云的统计结果显示，尽管同纬度大陆上深对流云发生率在冬季大幅下降，但是北太平洋上深对流云发生率仍然与夏季相当，成为冬半年典型的对流活跃区。结合深厚对流云分布与气旋路径的统计结果，计算出的滑动相关系数显示：在气旋中心以南约5°-10°，以东约10°-20°的位置，深对流发生频数与气旋活动频数的相关系数最大。这证实了在气旋中心的东南前方，是统计意义上的对流最活跃区，对流底部气压偏低，气温偏高，经向风速加大，相对湿度增加。针对基于云产品识别出的典型深厚对流个例，分析对流前后大气成分的变化，结果显示：低层水汽强烈辐合抬升，对流层上层水汽混合比明显增加；但是同时平流层低层水汽混合比有所下降。说明了深厚对流引起近海面的水汽辐合抬升，尽管可以迅速地增加对流层上层的水汽含量，但是直接对流输送明显受到对流层顶屏障的阻碍，因此对平流层水汽含量所受影响并不显著，甚至由于对流顶部的冷却作用而导致水汽混合比稍有下降。