青藏高原地区穿透性对流运动对上对流层下平流层区域水汽分布的影响

The aim of this project is to study the impact of OCs (Overshooting Convection System) on water STE (Stratosphere Troposphere Exchange) in the UTLS (Upper Troposphere and Lower Stratosphere) of the Tibetan Plateau during Asian summer monsoon period. At first, TAMM and CALIPSO satellites data will be used to identify the location and time of OCS. Then we make use of high resolution nested grid simulations to present detail information of OCS with the three dimensional regional atmospheric model B-RAMS (Brazilian Regional Atmospheric Modeling.System). B-RAMS has succeeded in simulating the main features and properties of OCS in previous studies. The study results will play a significant contribute in understanding main mechanism of water transportation process between troposphere and stratosphere, and its effect on the regional/global stratospheric climate and environment through chemical and radiative processes in the Tibetan Plateau region.

本项目主要是利用观测和模式相结合的方式刻画夏季亚洲季风区青藏高原南麓上空的穿透性对流运动（OCS：Overshooting Convection System），研究其对上对流层-下平流层（UTLS：Upper Troposphere and Lower Stratosphere）区域水汽含量的影响。通过分析卫星及地面基站观测数据识别穿透性对流运动的发生，以模式（B-RAMS）再现穿透性对流运动的触发、生长和消散过程，刻画UTLS区域水汽交换及平流层内水汽输运过程，分析青藏高原OCs对UTLS区域水汽含量影响及对平流层水汽贡献量的区域性特点，并在过去已有工作基础上，就青藏高原OCs与热带地区OCs开展对比研究，为归纳青藏高原南麓OCs对流特征、研究青藏高原地区对流层-平流层间水汽输送过程、改进该地区在全球系统数值模式的模拟提供依据。

本项目主要是利用观测和模式相结合的方式刻画夏季亚洲季风区青藏高原南麓上空的穿透性对流运动，研究其对上对流层-下平流层区域水汽含量的影响。考虑到边界层是对流运动产生和发展的主要热力、动力、物质源头，所以在研究UTLS区域之前，首先根据第三次青藏高原大气科学试验提供的边界层和探空气象数据，整体分析了2014年7月1日至8月31日夏季季风期期间自东向西高原地区的微气象学特征和湍流特征变化趋势，结合卫星资料识别穿透性对流运动的发生后确定在青藏高原南麓进行案例选取。在结合定日观测站探空气象要素廓线和CALIPSO卫星消光后向散射廓线后，发现当地的强对流运动主要发生在夜间且与自南麓而来的爬升气流有关，另外高原穿透性对流的亮温差值普遍高于热带穿透性对流，经常能够达到4-5K。在对所选取的2014年7月11和17日两个案例模拟后，认为通过模式模拟高原穿透性对流运动在触发、生长和消散过程中所输送进入平流层的物质以水汽为主，并未发现冰晶、雪、霰的存在，这可能是由于在10km左右经常存在一个湿度明显升高的层次，这个不足2km的区域使相对湿度由90%迅速下降到40%，水汽的大量耗散可能导致上升气流即使到达对流层顶并进入平流层，所携带的水汽量也是非常少的。相较于热带对流而言，高原对流层顶附近的风速值较小仅约10-15m/s，说明高原地区穿透性对流并不像热带地区那样在对流层顶还具备非常强烈的上升趋势，这与其水汽含量低潜热通量释放不足也有联系。