青藏高原夏季UT-LS气溶胶、卷云形成发展综合观测研究

A maximum concentration of aerosols in the upper troposphere and lower stratosphere (UT-LS, about 13-18 km above sea surface level) is located in the anticyclone center of Asian summer monsoon circulation, which is called as The Asian Tropopause Aerosol Layer (ATAL). The studies by model simulation and satellite observation speculated that ATAL has a closely connection with water vapor vertical transportation, gas-to-particle conversion process from aerosol precursors, formation and disappearing of cirrus and followed by radiative forcing. However, the detailed study on ATAL has been limited by the lack of simultaneous and cooperative measurement with the ground based lidar and radiosonde (water vapor, aerosol and meteorological parameters) as well as satellite, especially for the observation data from cirrus near ATAL. In this study we intend to employ lidar (with polarization measurement) and COBALD (measuring aerosol and cirrus at 455nm (blue) and 940nm (infrared) wavelength) to observe ATAL and cirrus over Tibetan Plateau. Together with water vapor, ozone and meteorological parameters from an underway project, we expect that the detailed vertical distribution and evolution characteristics as well as the formation mechanism of ATAL and cirrus can be obtained. Additionally, aerosol and cirrus products from satellite will be validated by our observations. These studies also aim to be the basis of further study on the influence of ATAL on weather and climate.

处在亚洲夏季风区域的青藏高原夏季上对流层和下平流层（UT-LS，约13-18 km）存在一个“亚洲对流层顶气溶胶层（ATAL）”。 模式和卫星观测推测ATAL与水汽输送、气溶胶前体物低温的气-粒转化、高空卷云生消及辐射强迫等有密切联系。ATAL的研究缺乏地基气溶胶激光雷达同步综合探空（水汽、气溶胶和气象）和卫星的观测内容，也缺少ATAL本身与高空卷云间的差别与联系的第一手地基观测数据。本项目拟用气溶胶激光雷达(含偏振观测)、COBALD探空仪（测气溶胶、高空卷云粒子在455 和940nm后向散射系数）在高原开展ATAL、高空卷云观测，并依托已有项目的水汽、臭氧及气象探空观测综合研究ATAL、高空卷云的垂直分布、变化特征及形成机理。本项目也为研究高原地区STE中气溶胶的天气、气候效应及卫星气溶胶和卷云产品的适用性提供基础。

处在亚洲夏季风区域的青藏高原夏季上对流层和下平流层（UT-LS，约13-18 km）存在一个“亚洲对流层顶气溶胶层（ATAL）”。 模式和卫星观测推测ATAL与水汽输送、气溶胶前体物低温的气-粒转化、高空卷云生消及辐射强迫等有密切联系。ATAL的研究缺乏地基气溶胶激光雷达同步综合探空（水汽、气溶胶和气象）和卫星的观测内容，也缺少ATAL本身与高空卷云间的差别与联系的第一手地基观测数据。.本项目在2016年6-8月与2018年6-8月分别在青藏高原的阿里地区和日喀则地区进行了两次外场观测试验，取得了亚洲季风期间的UT-LS 高度水汽、卷云、气溶胶等垂直分布的强化观测数据，获得了其变化特征，深入理解了高原夏季对流层顶低温、低湿物理环境下的ATAL增强过程的吸湿增长机制以及卷云的生成维持机制。.本项目的主要研究成果包括：.1）ASM在青藏高原卷云形成和属性变化中的主要作用。 ASM盛行阶段，卷云频繁地出现在8-14km处，ASM开始衰退时，卷云数量明显减少，同时其高度通常位于10km处。大约三分之一的卷云是由于深对流活动产生的，而温度波动造成了其余三分之二的卷云发生。 .2）青藏高原上空粒子吸湿性增长的观测证据。当干燥粒子的CI>6时，随着RHi的增加增强型气溶胶层的粒子大小呈指数增长，更多的水汽凝结在现有的气溶胶粒子上，从而使粒子得到增长。干燥粒子的CI<6，RHi<40%，低于典型的气溶胶潮解点，会有新的粒子生成，这会导致气溶胶模式半径减小但粒子数密度会增加。.3）高原上空卷云的高度分布机制。9公里以下的卷云最常出现在高原西部上空。当卷云在9-12公里之间时，通常分布在高原的中部和北部地区。12公里以上的卷云更多出现在高原的南部边缘。这些高度分布特征分别由三种形成机制产生：大规模地形抬升、重力波生成的冰粒、深对流云砧溢流残余。.4）ATAL的成分模式研究。矿物粉尘、水溶性化合物如硝酸盐和硫酸盐、以及液态水合物是这层气溶胶消光的主要来源。因此表明青藏高原上空的UTLS可以作为一个通道，使得自然和人为气体和气溶胶由此进入平流层。