青藏高原深对流对平流层水汽的影响及其全球气候效应研究

Tibetan Plateau has a great impact on the atmospheric circulation owing to its giant terrain and strong summertime heat source, and plays an important role in the stratosphere-troposphere exchange (STE). So far, a comprehensive understanding of the deep convective transportation of water vapor over the Tibetan Plateau into the stratosphere and its mechanism is still pending. Using reanalysis data and multi satellite products, this project will first investigate the multi fine-scale spatial-temporal change of stratospheric water vapor, comparing the stratospheric water vapor over the Tibetan Plateau with that over the Asian summer monsoon region and other regions in similar latitudes. The source of stratospheric water vapor is further studied by using a high-resolution airflow trajectory model based on the Lagrangian method. With diagnosis and numerical simulation, transport process of water vapor into the stratosphere by deep convection over the Tibetan Plateau and its dynamical mechanism are also discussed in this project. Specifically, this project will calculate the flux of water vapor transport into the stratosphere caused by deep convections over the Tibetan Plateau, and quantify the contribution of the deep convection over the Tibetan Plateau on stratospheric water vapor variations. Finally, through numerical simulations, this project will unveil the global climatic impacts of stratospheric water vapor variations modulated by deep convections over the Tibetan Plateau. The results of this project could provide fundamental fact and physical understanding for further studies on the STE of water vapor and its global climatic impacts.

青藏高原由于其高大地形和夏季强热源的作用，在平流层-对流层物质交换中具有重要贡献。目前，青藏高原深对流活动对平流层水汽的影响及其相关的内在物理机制还不是很清楚。本项目将利用再分析资料，结合多源卫星资料，研究平流层水汽的多尺度精细化时空演变特征，分析比较青藏高原地区平流层水汽与亚洲季风区及同纬度地区的差异。采用高分辨率拉格朗日轨迹模式，计算分析平流层水汽的来源。通过诊断分析，结合数值模拟实验，探讨青藏高原深对流活动对平流层水汽输送的作用过程和内在机理。进一步计算分析青藏高原区域深对流发生时对流层-平流层水汽输送通量，定量评估青藏高原地区深对流活动对平流层水汽变化的贡献。最后通过数值模拟实验，揭示平流层水汽变化的全球气候效应。项目研究成果将为进一步研究平流层-对流层水汽交换及其导致的全球气候环境效应提供事实依据和物理基础。

青藏高原由于其高大地形和夏季强热源的作用，在平流层-对流层物质交换中具有重要贡献。目前，青藏高原深对流活动对平流层水汽的影响及其相关的内在物理机制还不是很清楚。本项目利用多源资料，深入研究了平流层水汽的多尺度精细化时空演变特征，并对比分析了青藏高原地区平流层水汽与亚洲季风区及同纬度其他地区的差异。进一步结合数值模拟实验，探讨青藏高原地区深对流活动对平流层水汽输送的作用过程和内在机理。最后通过数值模拟实验，揭示平流层水汽变化的全球气候效应。主要结论如下：（1）水汽具有非常明显的垂直梯度，在平流层的下层、中层和上层水汽含量差异较大。不同季节湿层顶所处的高度不同，夏季和秋季湿层顶的位置升高。平流层水汽呈现明显的增长趋势。特别是在平流层低层，近十年来平流层水汽含量显著增加。（2）青藏高原及其南坡深对流，最高可以穿透对流层达到18km以上，比亚洲季风区和同纬度其他地区明显偏高，深对流作用使得平流层水汽增加超过了15%。（3）进一步确认了平流层水汽对ENSO活动响应的季节演变，在厄尔尼诺冬季，对流层上层明显变暖，平流层下层变冷。在接下来的春季，对流层上层的异常变暖明显比冬季加强，暖空气向上一直延伸到低平流层。此外，春季平流层下层的异常变暖也比冬季更强烈，导致进入平流层低层的水汽含量增加。（4）极端厄尔尼诺活动使热带平流层中下层发生了强烈的湿润，并且这种湿润效应主要出现在印度西太平洋暖池区。印太暖池对平流层水汽的影响存在显著的季节变化和南北半球差异，暖池变暖使平流层低层变干燥的现象在冬季更显著，而在春季较弱。（5）热带海温的变化能够通过极地平流层将信号放大储存，通过极涡信号下传至对流层甚至到达地面，对北半球尤其是欧亚大陆中高纬度地区的天气和气候变化有重要影响。项目研究成果将为进一步研究平流层-对流层水汽交换及其导致的全球气候环境效应提供事实依据和物理基础。