亚洲夏季风反气旋内空气的源地、输送路径和通往平流层的入口

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近年来,卫星观测资料和数值模拟结果表明亚洲夏季风环流是地面大气成分和污染物进入平流层的一个重要通道,这些化学成分进入平流层后,进一步通过化学、微物理、辐射等大气过程对全球气候与环境产生重要强迫作用。但是在这一输送过程中仍存在一些动力学过程问题尚未解决,因此本文在这方面开展了一些研究,并取得了一些新的认识。  第一个方面是上对流层/下平流层亚洲夏季风反气旋(即南亚高压)内空气团的边界层源地及输送通道。本文利用ERA-Interim再分析风场驱动的三维拉格朗日轨迹模式开展后向轨迹模拟,寻找2009-2014年夏季150hPa等压面上反气旋内部空气块的边界层源地与输送通道。模拟结果表明:  1.反气旋内部空气块的边界层源地主要位于青藏高原及向南至孟加拉湾,该地区对应着夏季频繁而深厚的对流活动。其中青藏高原南侧的这片地区人为排放非常严重,因而对反气旋内高浓度污染物的形成具有重要的贡献。而人类排放同样严重甚至更为严重的中国东部地区则不是重要的边界层源地,因而对反气旋内部大气成分收支的贡献不大。  2.揭示了大气边界层源地至亚洲夏季风反气旋的输送通道:低层外围空气向印度北部和青藏高原地区辐合,在对流层中部存在一个向上的垂直输送通道,位于青藏高原上空,再往上气团主要受到反气旋南侧东风气流的输送向西扩散。  第二方面是从大气边界层源来解释亚洲夏季风反气旋区域对应着高浓度污染物。本文利用三维拉格朗日轨迹模式后向积分30天以寻找亚州上空对流层上部空气块的大气边界层源地及其输送路径。后向轨迹模拟结果显示:  1.在150hPa等压面上,30天内来源于大气边界层最多的区域主要位于强对流区域的上空及其下风向区域,即位于亚洲夏季风反气旋的南部边缘地带。  2.海洋源地对20°N以南区域的上对流层的影响占主导作用,尤其是中国南海、热带西太平洋上空。而陆地源显著影响10-30°N之间的上对流层,尤其是孟加拉湾、印度次大陆、阿拉伯海和阿拉伯半岛。正是后者导致亚洲夏季风区反气旋内高浓度污染物的形成。  3.在对流层低层,大气边界层源地空气向强对流区辐合,然后通过许多对流输送管道向上穿越中部对流层,最后进入上部对流层。对流层中部的这些管道就是亚洲夏季风强对流活动。  第三个方面是寻找亚洲夏季风反气旋内上对流层空气块穿越对流层顶进入平流层的位置。完全三维轨迹计算结果表明:  1.亚洲夏季风反气旋环流不管是在水平方向上,还是在垂直方向上对于反气旋内的气块都具有很强的隔离作用。  2.亚洲夏季风反气旋内的上对流层空气块进入平流层的入口主要位于30°N以南,其中亚洲夏季风区是气块穿越对流层顶进入平流层最集中的区域。在该区域,与辐射有关的非绝热向上运动是其主要输送机制。在反气旋的北侧与东侧,也存在一些较弱的穿越对流层顶区域,主要输送机制是反气旋与副热带Rossby波相互作用引起的等熵涡动脱落过程。  3.在反气旋主体上空仅有少数气块由此穿越对流层顶。
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