夏季南亚高压区臭氧和水汽的时空变化以及向平流层输送的物质通量

South Asia high in the summer is an important gateway of pollutants transport from the troposphere to Stratosphere. Large scale transport plays a main role in the transport to the stratosphere, of which the vertical velocity of large scale process is the key. In the upper troposphere and stratosphere, the diabatic method in the isentropic coordinates to solve the vertical velocity is better than kinematics method in pressure coordinates, because the diabatic method could give rise to a less error of vertical velocity. However, previous estimates of transport fluxes to the stratosphere by South Asia high in the summer were mainly obtained by the modeling results and the kinematics method, which may lead to large deviations. There are a few researches that the transport fluxes are estimated by diabatic method. Meanwhile, studies on the temporal and spatial variations of ozone, water vapor and etc. in the summer South Asia high also are not enough. This project is applied for to carry out sounding observations of ozone, water vapor and temperature over the Tibetan Plateau in the whole summer, to validate satellite data, to establish high resolution dataset of ozone, water vapor and temperature in the summer South Asia high with them, and to explore temporal and spatial variation of ozone and water vapor. Based on the established dataset and line by line radiative transfer model, then the ascending velocity is calculated with the diabatic method, and the mass flux of transport from the troposphere to stratosphere by the summer South Asia high is calculated more accurately with using the ascending velocity and model.

夏季南亚高压是污染物由对流层向平流层输送的重要通道，大尺度输送在向平流层输送中起主要作用，其中，大尺度过程的垂直速度是关键。在对流层上层和平流层，采用等熵坐标的非绝热方法求解垂直速度要优于采用气压坐标的运动学方法，其垂直速度的误差小。已往夏季南亚高压区向平流层输送的通量主要是根据模式结果和运动学方法得到的，存在较大偏差。缺少采用非绝热方法准确估计输送通量的研究。而且也缺少夏季南亚高压区臭氧和水汽等时空变化的研究。我们这个研究计划：在青藏高原开展整个夏季臭氧、水汽和温度的探空观测，利用它检验卫星资料，利用这些资料建立夏季南亚高压区高分辨率的臭氧、水汽和温度的资料集，研究臭氧和水汽的时空变化特征。采用非绝热方法，利用资料集和逐线积分辐射传输模式计算夏季南亚高压区的上升速度。根据上升速度和模式，较准确地计算夏季南亚高压区对流层向平流层输送的物质通量。

为了更好地估计南亚高压在对流层-平流层物质交换中的作用，采用热力学方法计算垂直速度以减少误差。在西藏狮泉河进行了为期近5个月的探空观测，获得臭氧、水汽、气溶胶和温度等资料。根据探空资料评估了南亚高压区卫星观测的臭氧、水汽和温度资料，得到了卫星资料的订正方法。建立了订正的臭氧、水汽和温度资料集。利用辐射传输模式和订正资料集，以及卫星观测的云资料，计算了夏季南亚高压区的辐射加热率。.根据热力学方法，得到了夏季南亚高压区的垂直速度。卫星资料计算的垂直速度与探空资料计算的垂直速度更接近，其偏差比再分析资料的垂直速度小。卫星资料的垂直速度与再分析资料的相比，两者的速度分布特征相似；白天卫星资料的垂直速度中上升运动弱于再分析资料，夜间下沉运动范围大于再分析资料。根据垂直速度和臭氧与水汽卫星资料，得到了两者夏季向平流层输送的通量。.为了避免垂直速度计算的不确定性，从理论上推导得到一个估算平流层中经向和垂直方向空气质量输送贡献率的方法。该方法不需要计算速度和通量，避免了不确定性。利用卫星观测的HCN得到了夏季通过南亚高压区输送进入平流层深层(21公里以上)的空气质量贡献为14.55%，超过来自热带对流层7.72%的贡献率，是夏季向平流层深层输送的最重要通道。这个结果建议来自亚洲的污染物对平流层的影响超过以往研究的结果。.利用卫星资料和再分析资料研究了南亚高压区臭氧和水汽空间结构，南亚高压与两者的关系。利用多种资料研究了南亚高压区臭氧低谷的变化趋势，臭氧低谷存在加深的可能。为改进大气辐射传输模式，发展了新的四流近似累加法，该方法是解析形式的，计算量小，已被多个辐射模式采用，有效地改进了辐射模式的计算。