亚洲对流层顶气溶胶层季节内变化与南亚高压的关系

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亚洲对流层顶气溶胶层(Asian Tropopause Aerosol Layer,以下简称ATAL)是指在亚洲夏季风季节出现在13-18 km范围内,涵盖了从中东、南亚至东亚地区的行星尺度的气溶胶层。ATAL中的多种污染物可以直接在该区域影响上对流层下平流层的辐射强迫,也可以在进入到平流层低层后,通过影响地气系统的辐射平衡进而对全球气候产生重要影响。因此,研究ATAL中污染物的变化特征对于理解和预测未来气候变化等方面具有重要意义。自从ATAL被发现以来,便引起了人们的广泛研究。近年来,研究发现,无论在年际尺度还是次季节尺度上,ATAL都与南亚高压的变化密切相关,且南亚高压的季节内振荡对ATAL中一氧化碳(Carbon Monoxide,以下简称CO)的水平分布具有重要影响,但是目前的研究还缺乏其对于垂直输送的影响的分析,并且南亚高压季节内振荡对于大气中的其他污染物如气溶胶等的影响也还不清楚。因此,本文主要利用2007-2018年共12年的MERRA-2(Modern Era Ret-rospective analysis for Research and Application,Version 2)和NCEP-DOE 2(National Centers for Environmental Prediction(NCEP)/Department of Energy(DOE)Reanalysis 2)再分析数据,从次季节尺度出发,通过南亚高压指数描述南亚高压的东西振荡现象,重点研究南亚高压东西振荡对ATAL中污染物(以CO,碳类气溶胶和沙尘气溶胶为代表)的水平和垂直分布的影响。主要研究结果如下:(1)从十二年的平均分布特征来看,ATAL中污染物的分布范围与南亚高压的位置基本一致,且CO和碳类气溶胶在青藏高原附近向ATAL的垂直输送很明显,而沙尘气溶胶则不明显。并且,南亚高压东西振荡现象显著,其中心位置的移动会对大气的热力结构和垂直运动产生影响,当南亚高压中心位于青藏高原上空时,使得青藏高原上出现温度正异常,上升运动增强,反气旋性环流增强,伊朗高原上空为温度负异常,并且近地表下沉运动减弱。(2)南亚高压的东西振荡对污染物的水平和垂直分布具有重要影响。南亚高压处于青藏高原模态时,ATAL中污染物的正负异常中心分别出现在青藏高原和伊朗高原区域,并且污染物正负异常中心分别与反气旋性和气旋性环流异常对应。青藏高原区域能观察到CO和碳类气溶胶从地表至ATAL浓度增加的现象,对应上升运动趋势增强,而沙尘则不明显。(3)南亚高压准双周振荡过程中可以通过调整高空环流场和影响垂直输送的位置和强度进而改变CO和碳类气溶胶的分布。南亚高压中心从伊朗高原向青藏高原的移动过程中,ATAL高度上位于伊朗高原和青藏高原的一对反气旋-气旋性异常最终会被气旋-反气旋性异常所取代,环流场的变化使得青藏高原上空由CO和碳类气溶胶浓度的负异常中心转变为正异常中心。垂直方向上,青藏高原和中国四川盆地地区CO和碳类气溶胶从地面至ATAL区域浓度增加。南亚高压中心从青藏高原返回伊朗高原的过程中,环流场的调整和污染物浓度的变化与上述的变化过程正好相反。(4)南亚高压准双周振荡过程中,南亚高压指数与CO和碳类气溶胶的逐日变化具有明显联系。对流层高层的CO和碳类气溶胶和南亚高压指数的变化在青藏高原区域是同位相的,伊朗高原区域正好相反。对流层中层的CO、碳类气溶胶和南亚高压指数的变化在青藏高原和伊朗高原区域都是一致的,即当南亚高压中心向青藏高原移动时,青藏高原和伊朗高原对流层中层的CO和碳类气溶胶也增多。
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