2010年第二课题年度总结报告 - 大气所网站大气所网站大气所网站.doc

国家重点基础研究发展计划（973计划）2010年 项目名称：平流层大气基本过程及其在东亚气候与天气变化中的作用 课题名称： 课题编号：2010CB42860起止年月：2010年1月-2014年8月 ：地址：电话： 承担单位：计划完成情况上对流层-下平流层（UTLS）也称为对流层顶区域，是两个具有明显不同特性层区之间的过渡层，具有很强的热力、动力和化学要素垂直梯度，水平分布结构复杂而且多变。UTLS区域是大气动力、辐射、微物理和化学等过程相互作用非常显著的区域，其中动力过程既包括混合、对流和重力波等中小尺度过程，也包括暖输送带、平流层下侵、副热带西风急流调整等大尺度过程，还包括Brewer-Dobson环流这样的全球尺度过程。东亚地区由于特殊的地理位置，受到太平洋、印度洋和亚欧大陆等多方面的共同作用，特别是青藏高原高大地形的影响，因而东亚UTLS区域具有明显的区域特征。1）东亚上对流层/下平流层（UTLS）大气结构及形成机理。利用卫星、高分辨率探空和加强期观测资料，分析华北、西北、青藏高原等典型地区UTLS大气动力、热力和化学结构特征，并分析其形成机理。 2）东亚平流层-对流层交换过程及其在大气成分收支中的作用。基于卫星和再分析资料，分析东亚地区典型天气过程中UTLS大气动力和成分的变化特征，分析平流层-对流层之间大气成分的输送过程；分析东亚地区平流层-对流层物质交换通量以及在全球大气成分收支中的作用。 3）东亚强对流过程中大气成分向UTLS输送的机理。根据卫星资料分析东亚地区对流活动统计特征，以及与UTLS大气成分分布的关系；利用模式模拟东亚地区强对流活动对于对流层-平流层物质输送的影响。2010年2010年作为项目启动年，研究的主要工作集中在： 收集 大气结构及形成机理 平流层-对流层交换过程及其在大气成分收支中的作用 强对流过程中大气成分向UTLS输送的机理 2010年研究工作的主要进展 获取了UTLS区域的垂直分布有明显的分层现象，且所有11个例有着不同的表现。我们选择三个典型案例，利用三维运动轨迹模式（Traj3D Model）计算样本空气的后向轨迹，模拟样本空气的来源和传输路径，研究其对UTLS层中水汽和臭氧的垂直分布的影响。分析结果表明，（1）台风及青藏高原上空的垂直气流对亚洲季风反气旋内部大气化学成分分布有重要影响。8月10日的案例显示，台风Moraket将海面空气输送到反气旋内部110hPa左右的高度，导致这一高度上的空气水汽含量偏高、臭氧含量偏低。而青藏高原上空的垂直气流输送的地面空气使160hPa上出现水汽低值和臭氧高值。（2）反气旋内部及外部的空气都对昆明观测结果有影响。8月8日的案例显示，昆明上空200hPa-100hPa层的样本空气主要来自位于反气旋东部的西太平洋海面及随环流运动的反气旋内部空气。（3）反气旋北侧的平流层侵扰作用也是造成对流层中部臭氧高值、水汽低值的一个原因。因此，可利用此模式结合卫星观测和其他探空资料，进一步研究亚洲季风反气旋的三维结构及解释其内部大气成分的分布情况。 夏季亚洲季风区对流特征的卫星资料分析 为了了解亚洲季风区夏季旺盛对流对化合物的输送作用，本文利用卫星资料初步分析了亚洲季风区夏季对流活动特征。结果表明，全球云量水平分布有三个极大值区，分别为亚洲东部、中非以及南美的北部，其中亚洲东部的值最大。云量垂直分布存在7.5km和15km两个极大值。全球对流发生率的水平分布与云量分布极为相似，亚洲东部、中非及南美洲北部值较大。垂直分布上，对流发生率极大值出现在10-13 km左右，13km以上对流发生率迅速减小，到15km高度，亚洲季风区对流发生率减少为6%，其他地区6%，全球只有亚洲季风区在18km有对流发生。由此可见，亚洲季风区是全球对流最旺盛的地方，且该地区的对流垂直发展高度最高，在15km以上仍有对流发生，虽然极少，但对化合物垂直输送可能起着很重要的作用。 夏季亚洲季风区强对流个例垂直输送过程的模拟研究 采用WRF（Weather Research Forecast）模式模拟了青藏高原那曲地区的一次强对流过程，进行了强对流区域对水汽的垂直输送量及作用的模拟结果对模式云微物理方案的敏感性试验。通过与实测资料的比较，发现此次模拟在对流发生时间、地点、降水时间等方面均与实际接近，能再现出对流单体的外形特征及对水汽的垂直输送特征。本个例模拟结果表明，WRF关于强对流系统对水汽垂直输送量和作用的模拟结果，由于云微物理方案的不确定性导致了很大的不确定性。 深对流云向平流层的水汽输送作用对大气气溶胶变化的响应 以往在研究大气气溶胶的间接气候效应时，主要关注的影响途径是：通过对云和降水的改变而影响气候。Sherwood（2002）提出了大气气溶胶产生间接气候效应的一种新的可能途径。