青藏高原深对流活动及其对大气成分的输送过程研究

Qinghai-Xizang Plateau is a key pathway for the tropospheric chemical species such as water vapor and pollutants transporting into the global stratosphere. During the process deep convection play a key contribute to the transporting. Multi-source observation data(satellite data including CLOUDSAT, CALIPSO,TRMM,et al., sounding data,and station ovservation data ) will be used to interview the spacial distribution and time variation of the deep convection system. Its spacial distribution, frequency, multi-scale change and main outflow height will be studied in detail. Then the transportation fluxes will be calculated through direct calculation and Wei method to discuss its effect on the species in the stratosphere. At the same time, the HYSPLIT trace model will be used to study the transport path and process of the species such as the water vapor, aerosol and O3. Besides these, the coupled atmospheric chemistry-climate model WRF-Chem will be used to perform the daily weather process so that we can reveal the transport process and internal mechanism of the deep convection.The study relsults will play a significant contribute to study the effect of the Tibetan Plateau on the regional/global energy and water cycle .The research may improve the climate prediction and weather forecasting.

夏季青藏高原地区是低层水汽和污染物等大气成分进入平流层的一个重要通道，深对流活动起着非常关键的作用。本项目拟采用多源资料（CLOUDSAT、CALIPSO、TRMM等卫星资料、探空资料、常规资料等）研究青藏高原地区深对流活动的时空分布特征，包括深对流的区域分布、发生频率、不同时间尺度变化和主出流高度等；进一步通过直接计算和Wei方法，计算分析高原地区的对流层-平流层输送通量，并开展对比分析，探讨深对流输送对于平流层大气成分的影响；利用HYSPLIT轨迹模式，探讨青藏高原地区UTLS区域的水汽、气溶胶、臭氧等大气成分的输送路径和过程；最后利用WRF-Chem化学耦合模式，模拟青藏高原地区的逐日天气过程，探讨青藏高原地区的深对流活动及其对水汽等大气成分的输送过程和内在机制。项目成果将为青藏高原影响区域与全球能量和水分循环的机制研究提供重要的科学依据，对气候预测及天气预报的改进也具有积极的意义。

夏季青藏高原地区是低层水汽和污染物等大气成分进入平流层的一个重要通道，深对流活动起着非常关键的作用。本项目采用多源资料（CLOUDSAT、CALIPSO、TRMM、GPM等卫星资料、探空资料、常规资料等）研究青藏高原地区深对流活动的时空分布特征，包括深对流的区域分布、发生频率、不同时间尺度变化。青藏高原及周边地区深对流发生频次基本在0.8%以下。青藏高原及周边地区穿透性对流频次明显小于深对流频次，且不超过0.2%。深对流和穿透性对流，其频次分布由南向北逐渐减小；随着雨顶高度的增加，相对应的深对流所占比例以指数形式迅速下降；青藏高原及其南坡的平均主出流高度分别为12.9和13.3km。最大云-冰-水含量增加的高度也位于178 hpa（约13km）；强对流活动中，O3和CO混合比出现明显变化，对流层中CO混合比出现高值区且向上延伸；对流层底层空气被强烈的上升运动输送至高层，使得高层O3浓度降低；同时，对流层的水汽明显增加，且主要集中于150hPa至215hPa之间，而在比较干燥的对流层顶附近，水汽混合比变化很小；冰水含量(IWC)变化最为显著，增加了2倍。对流活动中跨越对流层顶的臭氧和水汽通量为正值，即空气由对流层向上进入平流层；而在对流活动发生前到发生后的时段内，空气运动逐渐由向下到向上输送演变。如果去除深对流情景下的大气柱冰水路径（IWP），非深对流情景下IWP的分布在高原地区的中部和南坡有明显的减少。平均的减少量达到了2.83 g/m2，深对流对气候态的IWP贡献达到了16.8%。项目还计算分析了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，揭示了深对流活动对水汽等大气成分输送的内在机制。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。