东亚沙尘气溶胶的对流层-平流层输送

东亚沙尘气溶胶通过对流层-平流层输送到达平流层低层进行传输的动力过程，是有关沙尘远距离传输的关键问题，也是对全球气候变化具有重要影响的敏感因素。但迄今为止尚未进行过研究。本项目拟利用基于数值预报模式、沙尘预报模式的模拟研究方法、诊断方法并综合观测资料、激光雷达资料，针对东亚沙尘气溶胶的对流层-平流层输送问题开展初步研究。首先，研究确定东亚地区能够导致沙尘气溶胶对流层-平流层输送的天气系统；在此基础上利用WEI-PV诊断、轨迹分析等方法研究沙尘气溶胶对流层-平流层输送的强度、分布等基本规律；研究揭示沙尘气溶胶对流层-平流层垂直输送带的三维结构；利用数值模拟和敏感试验模拟研究地形、非绝热加热等因素对这一输送的影响及其机制，揭示这一输送的形成机理并初步给出其概念模型；利用激光雷达偏振探测资料对相关结论进行验证；从而初步明确东亚沙尘气溶胶对流层-平流层输送这一命题。

东亚沙尘气溶胶对流层-平流层输送是气候变化的重要影响因素，但迄今尚未进行过系统的研究。本项目在基于监测资料充分验证沙尘气溶胶对流层-平流层输送事实的基础上，综合利用天气气候分析、数值模拟和敏感试验、诊断和轨迹分析等方法对东亚沙尘气溶胶对流层-平流层输送特征进行了初步研究，结果表明：（1）SAGEII气溶胶监测及CAILPSO星载激光雷达监测资料充分证明东亚沙尘气溶胶能够实现对流层-平流层输送并在平流层低层进行持续性传输。（2）蒙古气旋和冷锋是东亚沙尘对流层-平流层输送的主要天气系统。蒙古气旋在春季达到最强，形成更显著的对流顶折叠，及其多样的气流穿越对流顶方式等，表明蒙古气旋更有利于沙尘对流层-平流层输送。（3）沙尘暴过程中，沙尘垂直分布受对流顶高度限制，对流顶越高，沙尘层越高，反之则越低。沙尘暴形成阶段，沙尘主体散布于对流层且无明显分层。沙尘传输阶段，主体沙尘明显分为两层，分别位于对流层低层（700hPa以下），及对流层中高层（500hPa以上）。且沙尘层始终与弱稳定度、弱风速垂直切变的中性混合层伴随。另外，在整个沙尘暴过程中，均有微小的、孤立沙尘区出现在平流层低层，且能实现持续性传输。沙尘在对流层中的传输为气旋式螺旋运动，在平流层中则为反气旋式。（4）蒙古气旋及冷锋型沙尘暴发展过程中，均能够形成明显的对流层顶折叠，其中，前者能够达到500hPa以下，后者为450hPa。在400hPa附近，蒙古气旋过程中上升运动或准垂直穿过对流顶底部，或与偏西、偏南、偏东气流叠加，准水平地穿过倾斜的对流顶，将沙尘输送至平流层中。冷锋型过程中，上升运动或准垂直穿越对流顶，或仅与偏西气流叠加，准水平穿越对流顶。在对流顶下落阶段，产生平流层到对流层净输送，在之后对流顶折叠的维持阶段，产生对流层到平流层净输送.（5）数值试验表明，高原、山地地形、地面热通量能够导致对流顶折叠及上升运动的增强，冷空气爆发、高空急流增强则有利于对流顶折叠加强，这些因素均能够导致沙尘对流层-平流层输送的增强。（6）进一步给出了东亚沙尘气溶胶对流层-平流层输送概念模型。本项目在明确东亚沙尘气溶胶对流层-平流层输送这一命题的基础上，较全面的揭示了其天气影响系统、动力、热力结构、形成和演变特点、影响因素及影响方式等，为进一步深入研究该问题奠定了基础，也能够为揭示沙尘气溶胶的气候强迫效应提供借鉴和参考。