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利用美国航空航天局MERRA再分析资料和MODIS卫星资料以及欧洲气象中心ERA-Interim再分析资料研究了发生于青藏高原北侧上空的一次地形重力波事件,并使用中尺度预报模式WRF-ARW(V3.0)对其进行了数值模拟,诊断分析了此次地形重力波在上对流层下平流层(UTLS)区域造成的物质和能量垂直传输特征。在此基础上,利用美国国家环境预报中心CFSR再分析资料的重力波数据和位势涡度数据,结合MLS卫星反演的N2O、CO和HALOE卫星反演CH4等大气成分资料,从气候学的角度探讨了重力波对平流层对流层物质交换(STE)的影响,分析了北半球中纬度地区尤其是青藏高原地区上对流层下平流层区域重力波活动的年际、季节变化和长期趋势及其与平流层对流层物质交换之间的相互联系。论文最后利用大气化学气候模式(WACCM3)模拟试验数据诊断了重力波通过影响B-D环流进而对STE过程产生的影响。论文研究获得的主要结论如下：(1)利用WRF-ARW(V3.0)模式结合再分析资料和卫星观测资料分析了发生于青藏高原北侧的一次地形重力波事件,分析结果表明：这一中尺度地形重力波信号的水平波长约为700 km,与扰动地形水平尺度接近,重力波在对流层中传播的垂直波长约为3 km,在垂直方向上随着高度的增加呈现出由东向西倾斜的结构特征。地形重力波信号上传进入平流层并在150 hPa附近破碎,波动上传区域150 hPa附近急流形成的剪切风场耗散了波动能量,是重力波破碎的原因。重力波波破碎后动量通量在短时间内发生了强烈的变化,重力波携带的能量在破碎高度附近释放。重力波破碎的同时垂直方向湍流混合变强,湍流交换系数可在短时间内增加到背景值的8倍以上,剧烈的湍流混合过程导致了对流层上层的空气进入平流层,这一过程在位势涡度、臭氧以及浮力频率的垂直剖面中都有所反映。(2)利用1979～2009年CFSR再分析资料研究了全球和区域的UTLS区域重力波活动分布特征,并以青藏高原为重点关注地区,从气候学的角度诊断了UTLS区域重力波活动和TST(对流层向平流层传输)过程的长期变化趋势以及二者相关性。研究发现：全球范围内重力波活动热点区域大多集中在山脉地形附近,北半球重力波活动热点区域主要在中纬度地区。在北半球中纬度地区尤其是作为STE“窗口”的青藏高原地区,UTLS区域的重力波活动都呈现出冬强夏弱的季节变化特征。通过分析UTLS区域重力波活动和位势涡度、CH4、 N20以及CO等动力和化学示踪物时空变化之间的相关特性发现,青藏高原地区UTLS区域重力波活动对该区域STE的影响是存在的,青藏高原地区重力波活动对STE的影响相比于中纬度其他区域来说尤其显著。重力波活动倾向于增强了UTLS区域的TST过程,这一作用在冬季尤其显著。(3)利用大气化学气候模式敏感性数值试验的输出结果,诊断了重力波源强的变化对B-D环流的影响,分析结果表明重力波源强增强以后,在青藏高原下平流层区域,重力波通过B-D环流对STE过程的间接影响并不显著,重力波活动造成的STE仍然以重力波破碎以后局地湍流交换所导致的TST过程为主导。