东亚地区天气尺度对流层/平流层相互入侵和深交换活动

In view of the importance of troposphere - stratosphere exchange of synoptic scale in substance transport and radiative forcing and the relative lack of that research in East Asia, high spatial and temporal resolution satellite remote sensing data such as AIRS, MLS, HIRDLS, OMI, CLOUDSAT, CALIPSO, COSMIC, reanalysis meteorological data such as the ECMWF/ERA-Interim and NCEP/NCAR, trajectory model HYSPLIT4 and mesoscale numerical prediction model WRF are used to study the troposphere - stratosphere deep exchange activities during subtropical jet adjustment stage, tropopause folds, extratropical cyclones and other local circulations in East Asia. The characteristics of synoptic scale stratosphere - troposphere mutual intrusion in East Asia will be revealed by a variety of physical diagnosis. The physical processes, dynamic mechanism, the exchange flux and produce conditions of the deep exchange events will be clear by numerical simulation of the typical events. This will provide some basis for further understanding tropospheric - stratospheric coupling and substance exchange in East Asia.

鉴于天气尺度对流层-平流层交换对物质输送和上对流层-下平流层区辐射强迫的重要性以及针对东亚地区该研究的缺乏，本项目综合利用A-TRAIN等多种高分辨率卫星遥感资料AIRS、MLS、HIRDLS、OMI、CLOUDSAT、CALIPSO、COSMIC 等，配合ECMWF/ERA-Interim 和NCEP/NCAR 再分析气象资料，利用轨迹模式HYSPLIT4、中尺度数值预报模式WRF，研究东亚地区高空急流变化、对流顶折叠、温带低压系统等局地异常环流引发的对流层/平流层相互入侵（深交换）活动。通过对多种物理量的诊断分析，认识东亚地区该类天气尺度平流层/对流层相互入侵事件的特点；通过对典型事件的数值模拟，弄清不同入侵（深交换）事件的产生条件、入侵结构、交换强度、气团来源、生命史等及其与欧美相应事件的差异；为进一步认识东亚地区对流层/平流层耦合提供依据。

通过对多种资料的分析，结合WRF中尺度模式和HYSPLIT4拉格朗日轨迹模式的数值模拟，分别研究了两类伴随着强烈的天气尺度平流层-对流层交换（STE）的东亚地区天气系统：切断低压系统和中尺度对流复合体天气系统。这两类天气事件发生时，大气的热力、动力结构和大气成分都发生了强烈的变化，其中异常大气成分的输送路径和轨迹，与对应的大尺度环境流场及局地中尺度对流都存在密切相关。平流层-对流层的耦合，除了物质交换，还存在强烈的能量交换过程。研究发现，其主要通过异常的Rossby波的上下传播的动力学耦合作用，一定条件下在延伸期尺度上，对冬季寒潮事件和平流层爆发性增温事件有较好的预测效果。此外，进一步研究发现，近十几年来北半球平流层的大气成分（水汽和HCl等）的长期变化趋势，与北半球冬季Brewer–Dobson环流（BD环流）的经向结构的年代际变化有关，大尺度动力输送异常是其主要原因。