亚洲夏季季风向平流层输送过程研究

The tropical tropopause layer is recognized as an important pathway to dominate the transport from the troposphere to the stratosphere. However, the Asian summer monsoon (ASM) regions provide another pathway to transport the tropospheric air to the stratosphere. The convection and circulation associated with the Asian summer monsoon can lift the pollutants from boundary layer in ASM regions to the upper troposphere and stratosphere. It may crucially affect stratospheric chemistry, radiation, dynamics and climate. In this project we will use different reanalysis products (ERA-Interim and MERRA-2) to drive the chemistry transport model CLaMS. After understand the performance of different reanalyses in ASM, we use the CLaMS model to simulate the transport from ASM regions to the stratosphere. We release artificial tracers in the monsoon source regions during the summer and track their evolutions until the following summer. Observations are also used as a reference to validate the results from the model. Particularly, we will focus on the transport from ASM region to the extratropical lowermost stratosphere to close the gap of related work.

热带对流层顶层一般被认为是控制大气从对流层进入平流层的重要通道，然而亚洲夏季季风（ASM）区提供另外一个通道把大气输送到平流层。ASM相关的对流和大气环流能将ASM地区边界层污染物输送至上对流层和平流层，并可能对平流层化学、辐射、动力和气候产生重要影响。本项目将基于不同气象再分析资料（ERA-Interim和MERRA-2）驱动化学传输模式CLaMS。在了解不同再分析资料在ASM地区的适用性基础上用模式模拟ASM地区向平流层输送过程。主要用CLaMS模拟实验在夏季ASM地区引入人为示踪物，并跟踪模拟ASM地区示踪物在接下来一年中的传输过程。并与卫星观测数据作对比验证模式模拟结果的可靠性。本项目将尤其关注ASM输送对热带外下平流层大气的影响以弥补这一地区研究的空白。

亚洲夏季风相关的对流和大气环流能将亚洲夏季风地区边界层污染物输送至上对流层和平流层，并可能对平流层化学、辐射、动力和气候产生重要影响。本项目利用ERA-Interim、MERRA-2和ERA5再分析资料驱动拉格朗日化学输送模式CLaMS来研究从亚洲夏季风区输送到平流层的特征，并分析输送过程对污染物分布的影响。由于南北半球人为排放和自然排放的差异，我们重点关注亚洲夏季风对跨半球输送的影响和输送到南半球极地平流层的特征。我们发现北半球热带外输送到上对流层下平流层的空气分量比南半球的相应贡献大5倍左右。半球间输送的不对称主要由亚洲夏季风驱动导致的。我们证实了亚洲夏季风和西风导管的共同作用在从北半球热带外地区到南半球的跨半球输送中的重要作用。.通过在全球边界层不同区域添加人为示踪物并模拟追踪示踪物的运动，我们发现亚洲夏季风区输送到南极平流层的大气量是南半球副热带地区直接输送过去的1.5倍，大约是热带地区输送量的一半。输送时间小于两年时，输送到南极极涡高度以下的示踪物多；输送时间大于两年时，更多的近地面示踪物被输送到南极平流层450K以上高度。亚洲夏季风区输送到南极的贡献量存在显著的年际变化特征，2012年由于南极极涡弱，平流层向下输送强，亚洲夏季风区向南极长时间尺度（>2年）的输送量存在显著的正异常。比较ACE-FTS卫星中CCl4、F12和CH3Cl的观测结果与模拟示踪物发现，输送到南极的污染物的量与亚洲夏季风区小于两年时间尺度的输送量有很好的正相关性。利用人为示踪物再构建SF6资料，发现20%的南极平流层SF6来自于亚洲夏季风区，比南半球热带外的贡献量还要大，而50%来自于热带地区。