亚洲夏季风反气旋东西振荡过程中的平流层对流层物质交换

Asian summer monsoon plays an important role in stratosphere-troposphere exchange (STE). The monsoon region has been defined as the pathway of Asian tropospheric pollution to stratosphere in summer. Asian Summer Monsoon Anticyclone (ASMA) and the persistent deep convection within the monsoon region both have significant influence on atmospheric chemical mass transport. ASMA shows variations on sub-seasonal timescales. Center of the anticyclone migrates from east to west within 10-20 days. While so far, the effect of the westward oscillation on STE is still unknown. The linkage effect of deep convection and ASMA on STE has not been investigated thoroughly yet. This project will combine reanalysis data, different kinds of satellite data, sounding data, and atmosphere chemistry model, trajectory model to analyze the variability and mechanism of STE during monsoon season which is caused by ASMA migration; Diagnose the impact of different intensity deep convection and air confinement of ASMA on air transport within the anticyclone during the east-west oscillation; Reveal the relative importance and contribution of different intensity deep convection and the anticyclone itself to air mass transport from troposphere to stratosphere when the anticyclone migrates from east to west. The expected results will provide scientific basis for controlling East Asian pollution transport and diffusion from troposphere to stratosphere.

亚洲夏季风在平流层对流层物质交换（STE）中起重要作用，该季风区被认为是亚洲对流层物质在夏季进入平流层的主要通道。亚洲夏季风反气旋（ASMA）和其区域内持续发生的深对流活动都对大气化学物质的输送具有重要的影响，然而，ASMA存在明显的季节内变化，表现为其中心周期性的自东向西移动。到目前为止，反气旋位置的东西振荡过程对STE的影响还不清楚，深对流活动和ASMA的联动作用对STE的总体影响也有待深入研究。本项目拟结合再分析资料、探空资料、卫星资料、大气化学传输模式和轨迹模式等，研究ASMA东西振荡过程中STE的变化特征与机理；诊断ASMA东西振荡过程中对其内部空气控制能力的变化及不同强度深对流活动对ASMA内部空气的影响；揭示在反气旋环流东西振荡过程中，环流本身与深对流活动在对流层空气向平流层输送过程中的相对重要性和贡献。项目预期的研究成果可为控制东亚地区污染物向平流层传输和扩散提供科学依据。

项目以亚洲夏季风反气旋东西振荡过程中的平流层对流层物质交换为主体研究内容，分析了亚洲夏季风反气旋环流的变化特征以及季风期季风区化学成分的变化特征，探讨了青藏高原上空对流层顶折卷事件的发生特征以及平流层过程对对流层天气的影响，评估了FY-4A云产品、两种天顶探测仪的大气化学成分产品及多种再分析资料的地面风速数据。. 项目的主要研究成果包括：1）发现两种天顶探测仪IASI和OMI观测的大气成分数据能够较好的反映亚洲夏季风区域动力过程对上对流层下平流层区域大气成分空间分布的影响，首次以观测数据验证了影响亚洲夏季风区域示踪气体季节内时空分布的动力因子；发现当青藏高原上空对流层大气视热源相对较高时，拉萨上空的对流层臭氧混合比下降，这主要是由于当青藏高原主体区域上空的大气视热源的增强时往往伴随大气强烈的异常上升运动；指出南亚高压的水平、垂直结构及其厚度都存在年际变化，这与南亚高压两侧的东、西风急流的年际变化等有关，其中心位置也存在东西振荡和南北位移；2）统计分析了青藏高原上空对流层顶折卷事件的季节变化特征，发现高原上空浅折卷主要发生在春季，而中、深度折卷主要发生在冬季，浅折卷是高原上空的主要折卷形式，其发生频率在5月最大，且发生频率的高值区域存在与西风急流轴的季节性变化一致的南北位移，中、深度折卷则主要发生在高原南缘；发现“05•6”华南暴雨发生前，暴雨区域上空对流层顶高度出现先降低后升高再降低的变化，同时南亚高压中心位置偏移、东风偏强且提早下传、高位涡空气入侵华南，均有利于降水的发生；3）对比了搭载于FY-4A的AGRI观测器观测到的云覆盖率与云顶高度资料以及搭载于TERRA的MODIS探测器观测到的云分析结果，发现两种资料的结果在东亚地区基本一致；利用多种再分析资料及站点资料分析了中国区域在过去60多年时间近地面风速的变化趋势及可能原因。这些结果加深了我们对平流层对流层相互作用的认识。