青藏高原平流层臭氧、水汽和气溶胶的变化及其气候效应

The Tibetan plateau is a main transport pathway for tropospheric air into the stratosphere and a core region of climate change, the study on variation of stratospheric ozone, water vapor and aerosol and theirs impacts on weather and climate over the Tibetan Plateau are important for better understanding climate effects of anthropogenic emissions. Many previous studies have focused on the stratosphere-troposphere exchange and the mechanism of "ozone valley" over the Tibetan Plateau. However, less attention was paid to the chemical-radiative-dynamical feedbacks of stratospheric composition and their impacts on weather and climate, and the knowledge of the impact of climate change over the Tibetan Plateau on regional stratosphere-troposphere exchange is particularly poor. This project will analyze the long-term trend of stratospheric ozone, water vapor and aerosol over the Tibetan Plateau using observations, reanalysis data and numerical simulations, and then investigate the main processes and mechanisms as well as control factors associated with the variation of stratospheric ozone, water vapor and aerosol over Tibetan Plateau. Finally, the project is designed to investigate the characteristics of chemical-radiative-dynamical feedbacks of stratospheric ozone, water vapor and aerosol over the Tibetan Plateau and their impacts on the regional weather and climate over East Asia, and reveal underlying mechanisms. The project focuses on the Tibetan Plateau and the stratosphere-troposphere chemistry coupling over the Tibetan Plateau, which are unique and innovative.

青藏高原作为对流层污染物进入平流层的重要通道和气候变化的核心区域之一，研究该区域平流层内臭氧、水汽和气溶胶的变化及其气候效应对于深入理解人类排放对气候的影响具有重要意义。以往的相关研究侧重于研究高原地区的对流层平流层物质交换及高原臭氧低谷的形成机理，但是该区域平流层内大气成分的化学-辐射-动力反馈及其天气气候效应没有得到足够的重视，高原地区气候变化对区域的平流层对流层物质交换的影响也缺乏深入的认识。本项目将结合资料分析和数值模拟，分析气候变化背景下高原地区平流层内臭氧、水汽和气溶胶的长期变化趋势；诊断与高原地区平流层内臭氧、水汽和气溶胶变化相关的各种过程和机理，找出主要控制因子；探讨高原地区平流层内臭氧、水汽和气溶胶的化学-辐射-动力反馈特征及其对东亚地区天气气候的影响。项目聚焦于青藏高原及该区域的平流层对流层化学耦合，具有特色和创新。

研究青藏高原平流层内臭氧、水汽和气溶胶的变化及其气候效应对于客观和合理评估东亚地区人类排放的污染物对区域乃至全球气候的影响具有重要意义。本项目以青藏高原平流层臭氧、水汽和气溶胶的变化及其气候效应为主体研究内容，深入研究了青藏高原地区平流层内臭氧、水汽和气溶胶的长期变化趋势及其主要控制因子和过程，分析了高原地区平流层内臭氧、水汽和气溶胶的化学-辐射-动力反馈特征及其对东亚地区天气气候的影响。.项目的主要研究成果为：（1）发现夏季青藏高原三个不同区域对流层上层水汽具有不同的长期变化趋势；发现青藏高原上空对流层上层水汽的空间模态表现为“空间一致型”、“东-西偶极型”和“南-北偶极型”的分布特征；发现南亚高压的南北位移能够对亚洲季风区上对流层-下平流层区域的大气成分（如：水汽，CO和O3）产生显著影响；发现南亚高压的东西振荡能够导致亚洲对流层顶气溶胶高值区强度和范围的变化；发现2011年QBO西风位相、LaNiña以及北太平洋海温增加会造成该年份的强极涡和BD环流减弱，继而引起HCl的显著增加。这些研究成果加深了对青藏高原地区平流层内臭氧、水汽和气溶胶长期变化趋势及其气候效应的理解。（2）发现QBO会通过影响东亚副热带急流和大气静力稳定度进一步影响东亚地区对流活动的发展；发现青藏高原上空穿透性对流系统发生前1天，对流层顶高度会出现明显的异常；发现印度洋海温的一致增温模态（偶极子模态）会使热带下平流层变干（湿），两种模态都可以增强北极的平流层极涡、减弱南极极涡；这些研究成果表明平流层信号对提升对流层延伸期天气预报和短期气候预测的水平具有重要的意义。（3）发现干旱下垫面上湍流混合和夹卷作用更强，对流强度较湿润下垫面大，但均表现为泡状对流，水平方向上呈网状结构，干旱和湿润下垫面上深对流的发生与大气初始状况有关；发现沙漠与绿洲间地表温差、浮力频率以及背景风速对金塔绿洲效应有重要影响；发现山丘的尺度会通过影响阻塞和夹卷混合过程从而影响到下击暴流头部的移动速度、平均风速和最大风速。这些研究成果提升了我们对高原地区平流层化学成分及其气候效应的认识，可为进一步认识东亚地区人类排放对区域乃至全球气候的影响提供理论参考和依据。