北半球不同类型的平流层爆发性增温对平流层对流层物质交换传输的影响

The strstosphere-tropospere exchange (STE) plays an important role in the atmospheric tracers distribution, modulation of solar radiation and chemical processes, however, less attention was paid to the effects of atmospheric processes in the high latitudes on the STE. Different stratospheric warmings occurred in the northern hemispheric high latitudes have a large impact on the local and global STE processes, however, the details about the mechanism and feature to influences of the stratospheric warmings on the STE are still unclear. Based on the observations and simulated results, the project will diagnose the mechanisms to influences of major stratospheric sudden warming (major SSW) on the STE in middle and high latitudes, investigating the features of Brewer-Dobson (BD) circulation and northern hemispheric STE under different major SSW types and different period of major SSW. Furtheremore, we will analyze different features of northern hemispheric STE and stratospheric tracers distributions induced by early occurred stratospheric final warming (SFW) and later occurred SFW. The studied results will enrich the realization to the effect of processes in high latitudes on the STE and stratospheric tracers distributions.

平流层对流层物质交换（STE）是影响大气成分分布，进而调节大气辐射收支和化学过程的关键因素，目前关于高纬度大气过程影响STE以及大气成分分布的研究较少。北半球高纬度不同类型的平流层爆发性增温对局地乃至全球STE过程，以及平流层大气成分的传输分布有着重要的影响，但是目前对其影响的机制和详细特征尚不清楚。针对这一问题，本项目拟首先从资料分析入手，结合数值模拟诊断强平流层爆发性增温（major SSW）爆发影响北半球中高纬度不同区域STE的主要机制，分析major SSW爆发的不同阶段和不同类型major SSW爆发背景下，残余环流及北半球STE的变化特征；最后进一步分析较早和较晚不同时间爆发的平流层最终增温（SFW）对北半球STE和平流层大气成分分布的影响。本项目的研究对于提高对高纬度大气过程影响STE过程以及平流层大气成分浓度分布的认识，具有非常重要的意义。

平流层对流层物质交换（STE）是影响大气成分分布，进而调节大气辐射收支和化学过程的关键因素，目前关于高纬度大气过程影响STE以及大气成分分布的研究较少。北半球高纬度不同类型的平流层爆发性增温（SSW）对局地乃至全球STE过程，以及平流层大气成分的传输分布有着重要的影响，但是目前对其影响的机制和详细特征尚不清楚。本项目首先分析北半球major SSW事件爆发前后的行星波活动和残余环流异常变化特征，以及北半球大气成分STE异常演变特征及其影响机制；分别揭示了两种不同类型的major SSW个例事件爆发前后残余环流和北半球大气成分STE的不同特征；最后进一步分析较早和较晚时间爆发的平流层最终增温事件（SFW）对残余环流和北半球高纬度区域大气成分分布的影响。结果表明，major SSW事件爆发前行星波1波和2波活动都开始增强，爆发后行星波1波活动迅速减弱；在major SSW事件爆发前，热带区域残余环流异常上升运动在中上平流层就开始增强，随后扩展到下平流层区域并持续至增温事件爆发后。Major SSW事件发生前（后），中纬度区域穿越对流层顶下传的臭氧通量增加（减少），高纬度区域穿越对流层顶下传的臭氧通量减少（增加），臭氧通量的变化主要由对流层顶附近的环流异常引起。个例分析表明，极涡偏移型（displacement）major SSW事件爆发主要是由行星波1波和2波活动异常增加共同导致，而极涡分裂型（splitting）major SSW事件主要由强烈的行星波2波活动引起。两种major SSW事件所伴随的残余环流和穿越对流层顶的臭氧通量异常特征的差异主要与其不同的行星波活动有关。较早（晚）爆发SFW年份对应的前期冬季行星波活动较弱（强），春季行星波活动较强（弱）；导致前期冬季残余环流较弱（强），春季残余环流较强（弱）；伴随着前期冬季高纬度平流层内臭氧柱总量偏低（高），春季3月份下旬至4月份高纬度平流层内臭氧柱总量偏高（低）。