印太暖池变化对平流层环流和温度以及化学成分的影响

Influence of stratospheric processes on global tropospheric weather and climate change can’t be ignored. The impact of global sea surface temperature (SST) to the stratosphere has been a lot of research in the past; however, the global SST distribution has obvious regional features, thus, there are still a lot of controversies for the importance of the influence of different regional SST on stratosphere. Indo-Pacific warm pool region has the highest global surface temperature. It changes can affect the stratospheric circulation and temperature by adjusting the transmission of planetary wave, and also impact distribution of stratospheric chemical composition by adjusting the stratosphere troposphere exchange (STE). However, the detailed characteristics and intrinsic physical mechanism of the Indo-Pacific warm pool changes affecting the stratosphere are not very clear.At present, the researches focusing on the influence of Indo-Pacific warm pool to the stratosphere are still relatively small. This project will first investigate the stratospheric circulation and temperature anomolie related to the atmospheric processes caused by Indo-Pacific warm pool changes with the reanalysis data and the numerical simulations, and further study the change characteristics and mechanism of stratospheric chemical compounds (such as water vapor and ozone) caused by STE related processes (e.g., residual circulation, tropical deep convective flow activities, and changes in tropopause) associated with Indo-Pacific warm pool changes. The project will also perform the dynamic-radiation-chemistry coupled numerical experiment with the coupled atmospheric chemistry climate model. Through the analysis of different atmospheric components of stratosphere, the project will investigate the effect of feedback of the stratospheric atmospheric chemical process on atmosphere result from Indo-Pacific warm pool changes.

平流层过程对对流层天气过程及全球气候变化的影响是不可忽视的。以往关于全球海温对平流层的影响已经有很多研究，但是，海温的全球分布有显著的区域特征，不同区域海温对平流层影响的重要性还存在很多争论。印太暖池是全球海表温度最高的区域，其变化可以调节行星波传输或平流层对流层物质交换（STE）影响平流层环流、温度和化学成分分布。过去30年，印太暖池发生了显著的扩张。目前，此过程可能造成的平流层变化特征及相关的内在物理机制还不是很清楚，专注印太暖池对平流层的影响的研究也比较少。项目将从资料分析入手结合数值模拟诊断分析与印太暖池变化有关的大气过程造成的平流层环流和温度异常，并进一步研究印太暖池变化引起的与STE有关的异常过程造成的平流层化学成分（如臭氧和水汽）变化的特征和机理。项目还利用耦合的大气化学-气候模式，进行大气化学-动力-辐射耦合的数值实验，探讨印太暖池变化引起的大气化学过程对平流层的反馈作用。

以往关于全球海温对平流层的影响已经有很多研究，但是，海温的全球分布有显著的区域特征，不同区域海温对平流层影响的重要性还存在很多争论。印太暖池是全球海表温度最高的区域，其变化可以调节行星波传输或平流层对流层物质交换（STE）影响平流层环流、温度和化学成分分布。过去30年，印太暖池发生了显著的扩张。目前，此过程可能造成的平流层变化特征及相关的内在物理机制还不是很清楚，专注印太暖池对平流层的影响的研究也比较少。. 本项目以印太暖池变化对平流层环流、温度和化学成分影响为主体研究内容，系统的分析印太暖池变化以后导致的大气中行星波和STE 异常变化情况，定量的诊断印太暖池变化对过去几十年平流层环流、温度、臭氧和水汽变化趋势的贡献，最后研究臭氧和水汽变化后对大气的化学-辐射-动力反馈效应。实现以下3 个主要目标：1、揭示印太暖池变化导致平流层环流、温度、臭氧和水汽异常变化的情况；探明印太暖池影响大气中行星波传播和STE 异常的机制和影响程度。2、确定印太暖池变化与过去几十年平流层环流、温度、臭氧和水汽变化趋势的关系；定量化印太暖池变化对这些趋势的定量贡献。3、揭示印太暖池海温异常导致的平流层臭氧和水汽分布异常对平流层产生的化学-辐射-动力反馈效应。. 项目主要研究成果包括：1、揭示两类ENSO对平流层环流和化学成分的影响不同，中部型ENSO成为控制热带臭氧变化的主要因子。2、发现暖池温度变化较好的解释了对流层顶温度和平流层水汽含量的年际变率，而其面积扩张造成了对流层顶变冷和平流层水汽减少的趋势；同时，暖池变化对极涡强度和南极臭氧洞的调节也非常显著。3、暖池增温使南北半球极涡变暖变弱，而暖池降温只导致南极极涡变冷变强，北极极涡同样会变暖减弱。这些成果对认识平流层气候的变化和平流层对对流层天气、气候系统的影响有重要意义。. 在项目支持下，共发表论文18篇（SCI 17篇），发表杂志包括Nature子刊一篇（第二资助）、Atmos. Chem. Phy.、J. Clim.、Clim. Dyn.、J. Geophys. Res.、Environ. Res. Lett.、Scientific Reports等；参加国际国内会议7次；2016和2018年分别获得谢义炳青年气象科技奖和第9届全国优秀青年气象科技工作者称号。