青藏高原对流层-平流层大气成分交换过程及其气候效应

The Asian summer monsoon (ASM) circulation is a critical pathway for surface pollutants to transport into the stratosphere, whose impact on global climate has at-tracted much attention. However, understanding on the troposphere-stratosphere ex-change (TSE) of atmospheric compositions over the ASM region and its impact on glob-al climate has a great uncertainty. On the basis of previous projects funded by NSFC major research plan "The Changing Tibetan Plateau Land-Atmosphere Coupled Sys-tem and Its Impacts on Global Climate", this project will conduct integrated research with focus on the following topics. First, in situ sounding observation, and remote sensing data both from ground and satellite will be integrated to clarify the spatial and temporal distribution of the TSE of chemical compositions, such as water vapor, and aerosol. Second, numerical models will be combined with multisource measurements and reanalysis data to understand the TSE processes and mechanisms, with focus on convective transport, large scale transport, and micro-scale chemistry and physics. Finally, climate-chemistry coupled model will be applied to estimate quantitatively the contribution of TSE to the global budget of stratospheric chemical compositions and its impact on the global climate.

亚洲夏季风环流输送是地面污染物进入平流层的一个重要途径（其中青藏高原具有重要作用），对全球气候的影响引起科学界的重点关注。目前关于夏季亚洲季风区对流层-平流层物质交换的时空分布特征、过程与机理以及全球气候效应的认识方面，尚有很大的不足与争议。本申请拟在“青藏高原地-气耦合系统变化及其全球气候效应重大研究计划”前期对该方向多个资助项目的基础上，开展集成研究，重点强化以下三个方面的研究与凝练。一是集成探空原位观测、地基遥感观测、卫星遥感观测，明晰青藏高原对流层-平流层大气成分（水汽、气溶胶等）交换的时空分布特征；二是利用数值模式，集合多元探测和再分析资料，揭示青藏高原对流层-平流层大气成分交换机理（重点关注对流过程和大尺度过程的动力输送，以及其中的化学和物理过程）；三是利用全球气候化学耦合模式，定量评估青藏高原对流层-平流层大气成分交换对平流层大气成分收支的贡献及其气候效应。

亚洲夏季风环流是地面污染物进入全球平流层的一个重要通道，对全球气候环境的影响是科学界关注的热点问题。目前关于夏季亚洲季风区对流层-平流层物质交换的时空分布特征、过程与机理以及全球气候效应的认识方面，尚有很大的不确定性。本项目围绕核心科学问题“亚洲地区地面排放的大气污染物如果通过亚洲夏季风对流层-平流层交换影响全球气候”，开展三个方面的研究：分析青藏高原对流层- 平流层大气成分交换的时空分布特征、探究青藏高原对流层- 平流层大气成分交换机理、评估对流层-平流层大气成分交换对气候的影响。.重要进展包括：（1）扩展水汽-臭氧-粒子联合气球探空观测实验范围与季节。扩充观测站点，分别为昆明、拉萨、那曲、格尔木、阿里，覆盖青藏高原的东-南-西-北-中五个方位；此外观测时段位5-9月，包括整个夏季风前期、中期与后期。观测内容包括从地面至25km高度上的水汽、臭氧、气溶胶（或卷云）的垂直分布，在2020年实施。（2）揭示青藏高原夏季对流层臭氧浓度增加现象的一种新的机制，即2016年7月俄罗斯中部野火排放的臭氧前体物经过远距离输送及化学过程导致下游地区对流层臭氧浓度增加。在全球变暖导致野火活动增加的背景下，更多污染物可能会通过野火排放进入大气，进而通过远距离输送及化学过程对我国对流层臭氧污染造成威胁。（3）揭示了亚洲对流层顶气溶胶层（ATAL）的形成和消散机制。ATAL气溶胶消光主要来自沙尘气溶胶、硝酸盐、硫酸盐及气溶胶液态水的贡献。汇集印度次大陆空气污染物的北孟加拉湾和邻近的大陆地区是ATAL气溶胶的主要对流源区；来自青藏高原北部及其北坡的沙尘气溶胶被直接抬升到10公里高度，然后在反气旋内输送。ATAL西部的下沉运动对ATAL的消散起着重要作用。（4）揭示了青藏高原UTLS区域CO高浓度分布成因。高值区内的CO有10.75%来自东亚地区的地表排放，30.82%来自南亚地区的地表排放，5.65%来自东南亚地区的地表排放，33.87%来自CH4的化学反应，16.33%来自NMVOCs的化学反应。