熱帶上對(duì)流層下平流層區(qū)域痕量成分的傳輸和時(shí)空變化特征研究.pdf

1、利用衛(wèi)星觀(guān)測(cè)資料、再分析資料，結(jié)合大氣化學(xué)氣候模式（WACCM），研究了熱帶上對(duì)流層下平流層（UTLS）區(qū)域一氧化碳（CO）時(shí)空變化和熱帶平流層CO準(zhǔn)兩年振蕩（QBO）位相變化特征的形成機(jī)理，分析了亞洲夏季風(fēng)反氣旋環(huán)流造成的副熱帶地區(qū)向熱帶地區(qū)的CO水平輸送對(duì)熱帶UTLS區(qū)域CO時(shí)空變化的影響，最后分析了不同區(qū)域排放的大氣示蹤物向UTLS區(qū)域動(dòng)力傳輸?shù)奶卣鳌?br>　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴利用全球化學(xué)氣候模式WACCM模擬研究了CO地

2、表排放、動(dòng)力過(guò)程及與CO有關(guān)的化學(xué)過(guò)程對(duì)熱帶UTLS區(qū)域CO時(shí)空變化的影響。模擬結(jié)果表明，熱帶上對(duì)流層CO的半年周期變化主要是CO地表排放源的半年周期變化導(dǎo)致的，化學(xué)和動(dòng)力過(guò)程的共同作用對(duì)CO半年周期變化的影響相對(duì)較小。下平流層CO的年周期變化主要是化學(xué)和動(dòng)力過(guò)程共同作用的結(jié)果，且動(dòng)力過(guò)程造成的CO年周期變化與化學(xué)過(guò)程造成的年周期變化呈反位相。模擬結(jié)果進(jìn)一步表明，CO地面源排放可減弱下平流層CO年周期變化的振幅，Brewer-Dobso

3、n環(huán)流經(jīng)向分量的年變化可增強(qiáng)30 hPa高度以上CO年周期變化的振幅。模擬結(jié)果也表明，50-70 hPa高度范圍內(nèi)的CO年周期變化主要與熱帶上涌的年周期變化信號(hào)有關(guān)，50 hPa高度以上的CO年周期變化則表現(xiàn)為標(biāo)準(zhǔn)的磁帶記錄現(xiàn)象，且在沒(méi)有與CO有關(guān)的化學(xué)過(guò)程的影響時(shí)，CO的年周期變化信號(hào)可被上傳至10 hPa高度。此外，熱帶深對(duì)流活動(dòng)和亞洲夏季風(fēng)反氣旋環(huán)流導(dǎo)致的熱帶外地區(qū)向熱帶地區(qū)的CO水平傳輸?shù)墓餐饔脤?dǎo)致了熱帶上對(duì)流層和對(duì)流層頂附近

4、的CO濃度極大值出現(xiàn)在晚春初夏。⑵利用2005-2014年10年的衛(wèi)星微波臨邊探測(cè)儀（MLS）資料分析了熱帶平流層CO的年際變率，發(fā)現(xiàn)熱帶平流層CO準(zhǔn)兩年振蕩在30 hPa高度附近存在明顯的位相變化特征。WACCM模式模擬結(jié)果表明，熱帶平流層CO的QBO信號(hào)是化學(xué)和動(dòng)力過(guò)程共同作用的結(jié)果，而動(dòng)力作用主要是QBO引起的次級(jí)經(jīng)向環(huán)流造成的物質(zhì)傳輸?；瘜W(xué)和動(dòng)力過(guò)程共同作用導(dǎo)致熱帶平流層CO濃度的垂直梯度在30 hPa高度處發(fā)生反轉(zhuǎn)，進(jìn)而產(chǎn)生C

5、O QBO信號(hào)的位相變化。此外，模擬結(jié)果還表明，與CO有關(guān)的化學(xué)過(guò)程不但可以減弱CO QBO信號(hào)的振幅，還可以在熱帶10 hPa-30 hPa高度范圍內(nèi)造成CO QBO和緯向風(fēng)QBO信號(hào)之間約3個(gè)月的時(shí)間差。⑶利用WACCM模式模擬分析了青藏高原、中國(guó)東部、印度和東南亞大陸地區(qū)的CO地表排放對(duì)UTLS區(qū)域CO時(shí)空分布的影響。模擬結(jié)果表明，源于青藏高原和印度地區(qū)的CO可在亞洲夏季風(fēng)反氣旋環(huán)流內(nèi)部形成CO濃度高值中心，且高值中心分別在7月和

6、5月最明顯；源于中國(guó)東部和東南亞大陸地區(qū)的CO則沿著亞洲夏季風(fēng)反氣旋環(huán)流形成CO濃度的環(huán)狀高值帶，且濃度高值分別在8月和5月最明顯。分析還發(fā)現(xiàn)，亞洲夏季風(fēng)反氣旋環(huán)流可將亞洲地區(qū)排放的CO從副熱帶地區(qū)向熱帶地區(qū)輸送，最終導(dǎo)致熱帶UTLS區(qū)域5-9月的CO濃度較其他月份偏高。青藏高原、中國(guó)東部、印度和東南亞大陸地區(qū)排放的CO導(dǎo)致的熱帶UTLS區(qū)域CO濃度增加最為顯著的月份分別出現(xiàn)在7月、8月、6月和6月。此外，模擬結(jié)果還表明，在青藏高原、中

7、國(guó)東部、印度和東南亞大陸地區(qū)排放等量的CO時(shí)，東南亞大陸地區(qū)的CO地表排放對(duì)熱帶UTLS區(qū)域CO時(shí)空變化的影響最大。⑷利用WACCM模式模擬分析了不同區(qū)域排放的大氣示蹤物在動(dòng)力作用下向UTLS區(qū)域的傳輸特征。結(jié)果表明，在東南亞和亞洲西南部地區(qū)排放的示蹤物可被更多的上傳至平流層；在歐洲地區(qū)排放的示蹤物可被上傳至平流層的量最少。結(jié)果還表明，不同區(qū)域排放的示蹤物主要分布在印度尼西亞、赤道中西太平洋、印度和東南亞大陸以及阿拉伯海和孟加拉灣（60

8、°W-120°E，10°S-30°N）、非洲地區(qū)、南美洲中部地區(qū)、北半球赤道東太平洋（120°W-80°W，0°-30°N）、以及赤道大西洋西部（80°W-20°W，10°N-10°S）等深對(duì)流活動(dòng)活躍的區(qū)域及其附近。在100 hPa高度，非洲和南美洲地區(qū)排放的物質(zhì)在冬季分別在非洲和南美洲中部地區(qū)形成濃度高值，這可能與兩區(qū)域在冬季旺盛的深對(duì)流活動(dòng)有關(guān)；受赤道東風(fēng)帶和冬季北半球赤道西太平洋區(qū)域反氣旋環(huán)流對(duì)物質(zhì)水平輸送的影響，在非洲和南美洲

9、以外的地區(qū)排放的物質(zhì)在冬季主要分布在印度尼西亞和赤道中西太平洋區(qū)域；受深對(duì)流活動(dòng)和亞洲夏季風(fēng)反氣旋環(huán)流共同作用的影響，在夏季，歐洲地區(qū)、中國(guó)東部、東南亞地區(qū)和亞洲西南部地區(qū)排放的物質(zhì)主要分布在60°W-120°E，10°S-30°N區(qū)域。北美洲南部區(qū)域存在的弱的反氣旋環(huán)流，可能是北美洲和南美洲地區(qū)排放的物質(zhì)在6月分布在赤道東太平洋區(qū)域的原因。南美洲和北美洲地區(qū)排放的物質(zhì)在5月在赤道大西洋西部區(qū)域形成的濃度高值可能與赤道東風(fēng)帶對(duì)物質(zhì)的水平