曹治強(qiáng) 呂達(dá)仁

1 中國(guó)科學(xué)院大氣物理研究所中層大氣與全球環(huán)境探測(cè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（LAGEO），北京100029 2中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京100049

3 國(guó)家衛(wèi)星氣象中心，北京100081

1 引言

對(duì)流層向平流層輸送（troposphere-tostratosphere transport，TST）是平流層—對(duì)流層交換的一部分。強(qiáng)對(duì)流可以把對(duì)流層低層物質(zhì)迅速輸送到高層，當(dāng)出現(xiàn)穿透性對(duì)流時(shí)，則可以直接輸送到平流層低層，這在平流層的化學(xué)成分構(gòu)成和氣候變化起著重要的作用。Dickerson et al.（1987）通過科研飛機(jī)對(duì)一次風(fēng)暴及其周邊的一氧化碳（CO）、臭氧（O3）和活性氮氧化物等大氣成分的觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，在大約11 km高度風(fēng)暴的出流區(qū)域上述物質(zhì)的濃度較大，并指出風(fēng)暴可能把局地的污染問題變成區(qū)域或全球大氣化學(xué)問題。Thompson et al.（1997）等用NASA Goddard Cumulus Ensemble（GCE）模式模擬了一次熱帶深對(duì)流過程引起的氮氧化物向上對(duì)流層的輸送，并說明了其對(duì)增大風(fēng)暴下風(fēng)向的臭氧產(chǎn)生率的作用。Poulida et al.（1996）通過對(duì)一次中尺度對(duì)流復(fù)合體（MCC）發(fā)生前后的O3、CO等成分的觀測(cè)，描述了發(fā)生在這個(gè) MCC內(nèi)部及其周邊的對(duì)流層平流層交換（STE）特征。Stenchikov et al.（1996）利用GCE模式模擬了這個(gè)MCC的發(fā)生過程，評(píng)估了這個(gè)MCC引發(fā)的平流層向?qū)α鲗拥腛3輸送、對(duì)流層向平流層的痕量氣體輸送的作用。Fischer et al.（2003）通過對(duì)一個(gè)大的積雨云形成的云砧上面的對(duì)流層示蹤氣體（CO、苯、甲醇等）的觀測(cè)資料分析，發(fā)現(xiàn)其濃度明顯高于其周圍環(huán)境的濃度。Ray et al.（2004）也通過觀測(cè)資料證實(shí)深對(duì)流引發(fā)的對(duì)流層物質(zhì)向平流層輸送這一現(xiàn)象。限于觀測(cè)資料的缺乏，國(guó)內(nèi)對(duì)這方面的研究相對(duì)較少。Kong and Qin（1993，1994）以及Kong（1994）通過一個(gè)對(duì)流云輸送模式詳細(xì)研究了對(duì)流云對(duì)氣體污染物的輸送作用。李冰等（1999）利用一個(gè)冰雹云模式與云化學(xué)輸送模塊耦合而成的三維對(duì)流云化學(xué)/輸送模式，研究了對(duì)流云對(duì)重要的大氣污染物臭氧、氮氧化物的輸送作用。

以上研究從觀測(cè)和模擬方面給出了強(qiáng)對(duì)流引起的污染物輸送及其在對(duì)流層向平流層輸送（TST）過程中的作用，但只是針對(duì)強(qiáng)對(duì)流本身。強(qiáng)對(duì)流作為中小尺度系統(tǒng)一般是發(fā)生在大尺度天氣背景下的，但這兩種尺度相結(jié)合的研究相對(duì)較少。為了研究在大尺度天氣背景下強(qiáng)對(duì)流所引發(fā)的TST特征，本文通過一個(gè)拉格朗日擴(kuò)散模式（FLEXPART），分別對(duì)發(fā)生在低緯度和中緯度的兩次強(qiáng)對(duì)流天氣過程進(jìn)行了模擬，分析了這兩次強(qiáng)對(duì)流天氣及其背景大尺度天氣系統(tǒng)的TST特征。

2 使用的模式和資料介紹

過去對(duì)STE的診斷方法大多采用基于歐拉框架下的 WEI 方法（Wei，1987）。由于WEI 方法往往側(cè)重于凈交換的研究，而在估算TST時(shí)精度不高。FLEXPART是一個(gè)拉格朗日擴(kuò)散模式，由挪威和奧地利聯(lián)合開發(fā)，并提供公開下載。它在模擬的過程中考慮了中小尺度的對(duì)流和湍流擴(kuò)散過程，目前已被廣泛應(yīng)用大氣污染輸送、森林火災(zāi)污染物的中尺度輸送以及全球?qū)α鲗悠搅鲗咏粨Q方面的研究（Stohl and Thomson，1999；Stohl et al.，2003；James et al.，2003a）。陳斌等（2010）等利用FLEXPART模擬研究了夏季亞洲季風(fēng)區(qū)對(duì)流層向平流層輸送的源區(qū)、路徑及其時(shí)間尺度，得到的兩個(gè)源區(qū)與夏季強(qiáng)對(duì)流的分布相一致。在FLEXPART粒子軌跡計(jì)算中采用了“零加速度方案”（Thomson，1987），為了模擬對(duì)流輸送過程，F(xiàn)LEXPART采用了的是Emanueland ?ivkovi?-Rothman（1999）對(duì)流參數(shù)化方案。Forster et al.（2007）對(duì)該對(duì)流參數(shù)化方案的敏感性試驗(yàn)研究表明，該對(duì)流參數(shù)化方案模擬的運(yùn)用使得無(wú)論是熱帶地區(qū)還是熱帶外地區(qū)模擬的對(duì)流性降水分布都和實(shí)際觀測(cè)更吻合。模式使用 NCEP（National Centers for Environmental Prediction）分辨率 1°×1°的再分析場(chǎng)數(shù)據(jù)作為輸入，輸出數(shù)據(jù)包含示蹤物粒子的位置信息及其所在位置的對(duì)流層頂高度等物理量，模擬結(jié)果設(shè)定為每3小時(shí)輸出一次。

3 2010年6月19日強(qiáng)對(duì)流天氣過程

3.1 2010年6月19日強(qiáng)對(duì)流天氣過程介紹

2010年6月19日至20日，江南和華南等地出現(xiàn)大范圍的暴雨天氣，其中上述部分地區(qū)還出現(xiàn)了大暴雨，甚至特大暴雨。這次強(qiáng)對(duì)流天氣發(fā)生的大氣環(huán)流背景是500 hPa上我國(guó)大陸上的氣壓場(chǎng)西高東低，影響江南、華南地區(qū)的天氣系統(tǒng)是一個(gè)低壓淺槽（圖1a），它從19日00時(shí)（協(xié)調(diào)世界時(shí)，下同）自西南地區(qū)東部逐漸向江南華南地區(qū)移動(dòng)。在850 hPa位勢(shì)高度場(chǎng)和風(fēng)矢量疊合圖（圖1b）上可以看到，19日12時(shí)在西南地區(qū)東部和江南西部有一個(gè)閉合的低渦環(huán)流，低渦南部和東南部有較強(qiáng)西南風(fēng)急流，最大風(fēng)度達(dá)到 12 m s-1。低渦東北側(cè)為偏東風(fēng)，在江南地區(qū)中東部形成了明顯的風(fēng)切變。從19日00時(shí)至20日00時(shí)，低渦向東緩慢移動(dòng)，造成了西南地區(qū)東部、江南和華南的強(qiáng)降雨天氣。20日00時(shí)以后，低渦逐漸減弱，這次強(qiáng)降雨過程趨于結(jié)束。

從FY-2E（風(fēng)云二號(hào)衛(wèi)星）紅外亮溫上看，造成這些強(qiáng)降雨的云團(tuán)為一些中尺度對(duì)流系統(tǒng)（MCS），它們不斷的生消發(fā)展。從19日12時(shí)，在廣西北部、貴州南部、湖南中部有一個(gè)大的MCS發(fā)展，隨后其發(fā)展成了近橢圓形的 MCC，覆蓋了貴州南部、湖南南部以及廣西的大部分地區(qū)。在18時(shí)的紅外亮溫圖像上，廣西中北部的亮溫達(dá)到了181 K以下（圖2b最內(nèi)圈等值線為181 K），在這一區(qū)域NCEP再分析資料里面給出的對(duì)流層高度溫度在 190～195 K之間，對(duì)流層頂高度在 16680 dagpm左右，依此來(lái)看，這一區(qū)域云的發(fā)展高度大概率穿透了對(duì)流層頂。接下來(lái)用 FLEXPART模擬時(shí)，示蹤物粒子的釋放就選在了這個(gè) MCS的發(fā)展階段，釋放位置選在 MCS中心偏南側(cè)的低層流入氣流區(qū)。

圖1 2010年6月19日12時(shí)（協(xié)調(diào)世界時(shí)，下同）位勢(shì)高度場(chǎng)（等值線，單位：dagpm）和風(fēng)矢量疊加：（a）500 hPa；（b）850 hPaFig. 1 Geopotential height fields (contours, units: dagpm) and wind vectors at 1200 UTC 19 June 2010: (a) 500 hPa, (b) 850 hPa

圖2 2010年6月19日（a）12時(shí)和（b）18時(shí)FY-2E衛(wèi)星紅外亮溫小于221 K的區(qū)域。陰影為小于221 K的區(qū)域，等值線最大值221 K，間隔為10 K，黑色方框?yàn)槟M時(shí)粒子釋放位置Fig. 2 Brightness temperature images from FY-2E satellite on 19 June 2010: (a) 1200 UTC, (b) 1800 UTC. The shaded areas represent brightness temperature less than 221 K. The maximum contour line is 221 K and the contour interval is 10 K.The black box is the domain where the particles are released during the simulation

3.2 FLEXPART模擬方案的設(shè)計(jì)

這次模擬選擇前向模擬，模擬時(shí)間開始于2010年6月18日12時(shí)，結(jié)束于2010年6月30日12時(shí)，示蹤物粒子的釋放時(shí)間段是19日12時(shí)至18時(shí)，釋放的位置為（22°～25°N，108°～111°E），即圖2黑色方框所示的位置，釋放的高度為100～500 m，釋放的粒子總數(shù)為60000個(gè)。這些粒子認(rèn)為是空間中的點(diǎn)，不具有質(zhì)量，不具有體積，不參加化學(xué)反應(yīng)，只起到示蹤的作用。

3.3 粒子的三維分布及TST輸送特征

在粒子開始釋放之后的12個(gè)小時(shí)里（19日12時(shí)至20日00時(shí)），有一小部分粒子垂直向上輸送十分迅速，很快就到達(dá)對(duì)流層頂以上，隨后這部分粒子向西偏南方向擴(kuò)散移動(dòng)，這部分粒子應(yīng)該是直接來(lái)源于強(qiáng)對(duì)流的垂直輸送。輸送至平流層后沿南亞高壓東南側(cè)的偏東風(fēng)向偏西方向移動(dòng)。這部分粒子的數(shù)目不多，過程累計(jì)共計(jì)輸送約800個(gè)，占過程最大總輸送數(shù)的18%。21日09時(shí)開始，在日本九州島和本州島西部開始有大量的粒子到達(dá)對(duì)流層頂以上，隨后逐漸增多，這個(gè)位置開始的輸送是這次模擬過程向?qū)α鲗禹敻叨纫陨系闹饕斔?，過程最大輸送數(shù)約為 3700個(gè)，出現(xiàn)在強(qiáng)對(duì)流發(fā)生 7天后，占總輸送數(shù)的82%。它主要是由強(qiáng)對(duì)流所在的背景天氣尺度或大尺度的系統(tǒng)引起的。圖3分別給出了粒子在連續(xù)時(shí)次的空間三維分布，可以看到在這次模擬過程中，粒子從對(duì)流層向平流層的輸送路徑主要有2條，第一條路徑是先在原地快速向上輸送，然后轉(zhuǎn)向西偏南方向移動(dòng)。第二條路徑是先向東北方向移動(dòng)，在移動(dòng)的過程中逐漸上升，然后在移動(dòng)到離釋放源很遠(yuǎn)的地方才到達(dá)平流層。

3.4 粒子TST輸送特征的原因分析

圖4是2010年6月19日18時(shí)200 hPa高度場(chǎng)和風(fēng)矢量的疊合圖，200 hPa大概可以認(rèn)為是對(duì)流層頂高度所在的位置?？梢钥吹皆?0°～40°N之間等值線密集區(qū)是副熱帶高空急流。1256 dagpm等值線位于青藏高原至江南和華南西部，對(duì)應(yīng)的氣流為高空反氣旋環(huán)流，是南亞高壓控制區(qū)。粒子的釋放位置位于南亞高壓的東南側(cè)，其上空為東北風(fēng)，其南側(cè)為東風(fēng)急流。這也是這個(gè)位置直接對(duì)流向上輸送的粒子到達(dá)平流層后向西偏南方向移動(dòng)的原因。

21日09時(shí)開始，在日本九州島和本州島西部開始有大量的粒子到達(dá)對(duì)流層頂以上，隨后逐漸增多。圖5a給出了2010年6月21日12時(shí)500 hPa位勢(shì)高度場(chǎng)和到達(dá)平流層高度的粒子位置（“＋”代表粒子位置）。21日12時(shí)，東北地區(qū)受東北冷渦的控制，我國(guó)東部沿海受低壓槽控制，這部分粒子所在的位置位于500 hPa高空槽前，是天氣尺度的系統(tǒng)抬升區(qū)，這些粒子主要是受槽前的抬升作用而到達(dá)平流層的。從溫度和水平風(fēng)速剖面圖（圖5b）上也可以看到，副熱帶西風(fēng)高空急流主要位于30°～45°N之間，這些粒子所處的位置已經(jīng)進(jìn)入副熱帶高空西風(fēng)急流的南側(cè)，并將隨副熱帶急流向下游輸送。

圖3 2010年6月19日12時(shí)至21日12時(shí)多時(shí)次粒子三維空間位置分布（色標(biāo)表示時(shí)間）Fig. 3 The three-dimensional distribution of particles from 1200 UTC 19 June to 1200 UTC 21 June 2010. Color bar: time

圖4 2010年6月19日18時(shí)200 hPa位勢(shì)高度場(chǎng)（等值線，單位：dagpm）和風(fēng)矢量疊加（黑色方框?yàn)槭聚櫸锪Ｗ拥尼尫盼恢茫〧ig. 4 200-hPa geopotential height field (contours, units: dagpm) and wind vectors at 1800 UTC 19 June 2010. The black box is the domain where the particles are released during the simulation

4 2012年7月26日強(qiáng)對(duì)流天氣過程

4.1 2012年7月26日強(qiáng)對(duì)流天氣過程介紹

2012年7月26日下午至夜間，山西中部、河北南部和山東北部出現(xiàn)了一次強(qiáng)對(duì)流天氣，給上述地區(qū)帶來(lái)了雷暴和大范圍的暴雨或大暴雨。圖6給出了這次強(qiáng)對(duì)流天氣發(fā)生時(shí)的天氣背景和環(huán)流形勢(shì)。26日06時(shí)500 hPa高度場(chǎng)上東北地區(qū)有一個(gè)閉合的低壓環(huán)流中心，內(nèi)蒙古中部至華北北部有一個(gè)高空槽，副熱帶高壓的主體位于海上，其向西伸出一個(gè)角位于黃淮和江淮地區(qū)，將要發(fā)生強(qiáng)對(duì)流的區(qū)域位于500 hPa高空槽的槽底和副熱帶高壓的西北側(cè)相交匯的地區(qū)。在850 hPa位勢(shì)高度場(chǎng)和風(fēng)矢量疊合圖（圖6b）上可以看到，在山西北部、河北西北部存在一條切變線。切變線南側(cè)為偏南氣流，切變線北側(cè)為偏北氣流。至26日18時(shí)，位于內(nèi)蒙古中部的高空槽東移至東北地區(qū)，850 hPa上的切變線減弱東移，上述地區(qū)的強(qiáng)對(duì)流天氣結(jié)束。

從FY-2E紅外亮溫上看，造成這次強(qiáng)降雨的云團(tuán)也是中尺度對(duì)流系統(tǒng)。26日06時(shí)從山西中部有線狀對(duì)流系統(tǒng)向東南方向移動(dòng)，至 10時(shí)逐漸在河北南部發(fā)展成為一個(gè)橢圓形的中尺度對(duì)流系統(tǒng)。圖7給出了FY-2E紅外亮溫小于221 K的區(qū)域，并以221 K為最大值，每10 K畫一條等值線。整個(gè)過程中云頂?shù)牧翜貨]有出現(xiàn)第3條等值線，最低溫度沒有出現(xiàn)低于200 K以下的亮溫。22日12時(shí)以后，云頂溫度低于221 K的區(qū)域開始減小，中尺度對(duì)流系統(tǒng)逐漸減弱。接下來(lái)用FLEXPART模擬時(shí)示蹤物粒子的釋放就選在了這個(gè) MCS的發(fā)展階段，釋放位置選在了 MCS中心偏南一點(diǎn)低空暖濕氣流流入?yún)^(qū)。

圖5 （a）2010年6月21日12時(shí)500 hPa位勢(shì)高度場(chǎng)（等值線，單位：dagpm）和到達(dá)平流層高度的粒子位置（“+”代表粒子位置，黑色虛線為133°E剖線位置）；（b）沿133°E緯向水平風(fēng)速和溫度垂直剖面Fig. 5 (a) 500-hPa geopotential height field (contours, units: dagpm) and the positions where the particles enter stratosphere at 1200 UTC 21 June 2010. The“＋” signs represent the particles position. The black dashed line is the section position alone 133°E. (b) The vertical section of horizontal wind and temperature alone 133°E

4.2 FLEXPART模擬方案的設(shè)計(jì)

這次模擬同樣選擇前向模擬，模擬時(shí)間開始于2012年7月25日06時(shí)，結(jié)束于2012年8月6日18時(shí)，示蹤物粒子的釋放時(shí)間段是26日06時(shí)至12 時(shí)，釋放的位置為（36°～39°N，114.5°～117.5°E），即圖7黑色方框所示的位置，釋放的高度為100～500 m，釋放的粒子總數(shù)為60000個(gè)。同樣這些粒子認(rèn)為是空間中的點(diǎn)，不具有質(zhì)量，不具有體積，不參加化學(xué)反應(yīng)，只起到示蹤的作用。

4.3 粒子的三維分布及TST輸送特征

在粒子開始釋放之后的12個(gè)小時(shí)內(nèi)（26日06時(shí)至18時(shí)），有一小部分粒子垂直向上輸送十分迅速，很快就到達(dá)對(duì)流層頂以上，隨后這部分粒子向西南方向擴(kuò)散移動(dòng)，這部分粒子應(yīng)該是直接來(lái)源于強(qiáng)對(duì)流的垂直輸送，具有中尺度的性質(zhì)。這部分粒子的數(shù)目較少，至27日12時(shí)為34個(gè)，可以認(rèn)為這是這次強(qiáng)對(duì)流過程的對(duì)流直接輸送總量，占過程最大輸送數(shù)的0.17%。28日18時(shí)開始，在蒙古國(guó)東部和我國(guó)內(nèi)蒙古東部交界的地方開始有大量的粒子到達(dá)對(duì)流層頂以上，隨后逐漸增多，并逐漸向偏東方向移動(dòng)。7月29日21時(shí)以后，在155°E以東的區(qū)域，也出現(xiàn)了向平流層輸送的較大源區(qū)，位于另一個(gè)高空槽前。這兩個(gè)位置開始的輸送是這次模擬過程中向平流層的主要輸送，模擬的過程最大輸送數(shù)約為19800個(gè)，出現(xiàn)在8月3日21時(shí)，占總輸送數(shù)的99.83%，它主要是由天氣尺度或大尺度的系統(tǒng)引起的。

圖6 2012年7月26日06時(shí)位勢(shì)高度場(chǎng)（等值線，單位：dagpm）和風(fēng)矢量疊加圖：（a）500 hPa；（b）850 hPaFig. 6 Geopotential height fields (contours, units: dagpm) and wind vectors at 0600 UTC 26 July 2012: (a) 500 hPa, (b) 850 hPa

圖7 FY-2E衛(wèi)星紅外亮溫小于221 K的區(qū)域圖：（a）06時(shí)；（b）12時(shí)。陰影為小于221 K的區(qū)域，等值線最大值221 K，間隔為10 K，黑色方框?yàn)槟M時(shí)粒子釋放位置Fig. 7 Brightness temperature images from FY-2E satellite on 26 July 2012: (a) 0600 UTC, (b) 1200 UTC. The shaded areas represent brightness temperature less than 221 K. The maximum contour line is 221 K and thecontour interval level is 10 K. The black box is the domain where the particles are released during the simulation

圖8 多時(shí)次粒子三維空間位置分布圖：2012年7月（a）26日09時(shí)至28日09時(shí)；（b）28日12時(shí)至30日12時(shí)。色標(biāo)表示時(shí)間Fig. 8 The three-dimensional distribution of particles: (a) From 0900 UTC 26 July to 09 UTC 28 July 2012, (b) from 1200 UTC 28 July to 1200 UTC 30 July 2012. Color bar: time

圖8給出了粒子在連續(xù)時(shí)次的空間三維分布，可以看到在26日09時(shí)至28日09時(shí)，有稀疏的一些粒子向東南方向移動(dòng)，這部分粒子來(lái)源于對(duì)流的直接輸送，其移動(dòng)方向主要受南亞高壓反氣旋環(huán)流的影響。大部分粒子則逐漸向偏北方向移動(dòng)，在移動(dòng)的過程中逐漸上升。在6月28日12時(shí)至30日12時(shí)，這些向偏北移動(dòng)的粒子一部分轉(zhuǎn)向略微向偏西方向移動(dòng)，一部分轉(zhuǎn)向偏東方向移動(dòng)，略微偏西方向移動(dòng)的粒子就是28日12時(shí)以后在蒙古國(guó)東部和我國(guó)內(nèi)蒙古東部到達(dá)平流層的那些粒子，這個(gè)位置開始的輸送是這次輸送的主要部分。轉(zhuǎn)向偏東方向移動(dòng)的那部分粒子，在29日21時(shí)以后，開始到達(dá)對(duì)流層頂，出現(xiàn)的位置離釋放源很遠(yuǎn)，位于155°E以東。

4.4 粒子TST輸送特征的原因分析

圖9 2012年7月26日18時(shí)200 hPa位勢(shì)高度場(chǎng)（等值線，單位：dagpm）和風(fēng)矢量疊加圖（黑色方框?yàn)槭聚櫸锪Ｗ拥尼尫盼恢茫〧ig. 9 200-hPa geopotential height field (contours, units: dagpm) and wind vectors at 1800 UTC 26 July 2012. The black box is the domain where the particles are released during the simulation

圖9 是2012年7月26日18時(shí)200 hPa高度場(chǎng)和風(fēng)矢量的疊合圖?？梢钥吹皆?8°～50°N之間風(fēng)速較大而且等值線密集，這是副熱帶高空急流區(qū)。1256 dagpm等值線位于青藏高原至西南地區(qū)東部，對(duì)應(yīng)的氣流為高空反氣旋環(huán)流，是南亞高壓控制區(qū)。在我國(guó)東部海區(qū)有一環(huán)高度為1256 dagpm的反氣旋環(huán)流區(qū)，是副熱帶高壓控制區(qū)。在江南西部有一閉合的氣旋性渦旋，是一個(gè)高空冷渦。這樣?xùn)|西分別有一環(huán)高壓，南北分別有一個(gè)低壓系統(tǒng)，形成了一個(gè)高空鞍形場(chǎng)。粒子的釋放位置位于副熱帶高空急流南側(cè)的下方，低層釋放的粒子隨強(qiáng)對(duì)流到達(dá)平流層后位于高空鞍形場(chǎng)中，隨弱的東北風(fēng)向西南方向移動(dòng)。這一點(diǎn)與2010年6月19日強(qiáng)對(duì)流天氣過程的直接輸送是類似的。

7月28日18時(shí)（圖10）開始，在蒙古國(guó)西部和我國(guó)內(nèi)蒙古東部交界的地方開始有大量的粒子到達(dá)對(duì)流層頂以上，這些粒子位于東北冷渦的西北側(cè)，大概45°～50°N的位置。按經(jīng)典的氣旋三條輸送帶模型，這個(gè)位置處于暖輸送帶的頂端，正好是上升氣流的最高的位置，因而具有較強(qiáng)的向上輸送動(dòng)力。從對(duì)應(yīng)時(shí)次的剖面圖（圖10b）上可以看到，45°～50°N的位置位于副熱帶高空急流的北側(cè)，那里的溫度在水平方向上出現(xiàn)了起伏，可能出現(xiàn)了對(duì)流層頂?shù)恼郫B，這些粒子可能是從對(duì)流層頂折疊處輸送到平流層的。

5 小結(jié)

在這兩個(gè)個(gè)例的模擬分析中，都出現(xiàn)了深對(duì)流的直接輸送和背景天氣尺度系統(tǒng)或大尺度系統(tǒng)的輸送，這一點(diǎn)與陳斌等（2010）對(duì)亞洲季風(fēng)區(qū)研究得到的兩個(gè)主要TST過程類似。本文的背景系統(tǒng)主要是西風(fēng)帶中的槽。

圖10 （a）2012年7月28日18時(shí)500 hPa位勢(shì)高度場(chǎng)（等值線，單位：dagpm）和到達(dá)平流層高度的粒子位置（“＋”代表粒子位置，黑色虛線為117°E剖線位置）；（b）沿117°E緯向水平風(fēng)速和溫度垂直剖面Fig. 10 (a) 500-hPa geopotential height field (contours, units: dagpm) and the positions where the particles enter stratosphere at 1800 UTC 28 July 2012. The“＋” signs represent the particles position. The black dashed line is the section position alone 117°E. (b) The vertical section of horizontal wind and temperature alone 117°E

對(duì)于2010年6月19日強(qiáng)對(duì)流天氣過程，出現(xiàn)在廣西的 MCS云頂發(fā)展高度非常高，穿透了對(duì)流層頂。在這次模擬過程中，強(qiáng)對(duì)流的直接輸送到平流層的粒子數(shù)最大時(shí)約800個(gè)，占過程最大總輸送數(shù)的18%，發(fā)生時(shí)間主要處于強(qiáng)對(duì)流的發(fā)生期間。天氣尺度或大尺度的系統(tǒng)過程最大輸送數(shù)約為3700個(gè)，占過程最大總輸送數(shù)的82%。發(fā)生時(shí)間主要出現(xiàn)在強(qiáng)對(duì)流發(fā)生2天后，在強(qiáng)對(duì)流發(fā)生9天后達(dá)到總輸送數(shù)的最大值。

對(duì)于2012年7月26日強(qiáng)對(duì)流天氣過程，強(qiáng)對(duì)流云主要出現(xiàn)在河北南部和山東北部，云頂最低亮溫在200 K以上，云頂發(fā)展雖然較高，但仍然低于2010年6月19日強(qiáng)對(duì)流天氣的云頂高度。在這次模擬過程中，強(qiáng)對(duì)流的直接輸送到平流層的粒子數(shù)最大時(shí)約34個(gè)，占總輸送數(shù)的0.17%，發(fā)生時(shí)間主要處于強(qiáng)對(duì)流的發(fā)生期間。天氣尺度或大尺度的系統(tǒng)過程的最大輸送數(shù)約19800個(gè)，出現(xiàn)在8月3日21時(shí)，占總輸送數(shù)的99.83%。

總的來(lái)說，天氣尺度或大尺度的系統(tǒng)所引起的TST都遠(yuǎn)大于強(qiáng)對(duì)流的直接輸送。天氣尺度或大尺度的系統(tǒng)引起的輸送一般發(fā)生在強(qiáng)對(duì)流發(fā)生的2天后，在強(qiáng)對(duì)流發(fā)生 8～9天后達(dá)到最大值。這意味著如果近地面層如果有污染物的話，假設(shè)不存在化學(xué)反應(yīng)，其輸送到平流層的時(shí)間尺度大概與此相當(dāng)。從強(qiáng)對(duì)流的直接輸送來(lái)看，前次個(gè)例的輸送值和占比都遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于后次個(gè)例。可能是由于前次個(gè)例的強(qiáng)對(duì)流云發(fā)展更高和持續(xù)時(shí)間更長(zhǎng)的緣故，表明低維度的強(qiáng)對(duì)流云比中緯度的強(qiáng)對(duì)流云的直接輸送能力要強(qiáng)很多。從天氣尺度或大尺度的系統(tǒng)輸送來(lái)看，后次個(gè)例的輸送值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于前次個(gè)例?？赡苁怯捎谇按蝹€(gè)例的強(qiáng)對(duì)流云發(fā)生的位置維度較低，離副熱帶高空西風(fēng)急流的位置較遠(yuǎn)，受西風(fēng)帶系統(tǒng)的影響較弱。后次個(gè)例的強(qiáng)對(duì)流云發(fā)生在中緯度，位于副熱帶西風(fēng)急流的南側(cè)邊緣，在槽前抬升后，隨暖輸送帶到達(dá)副熱帶西風(fēng)急流以北的位置，然后副熱帶西風(fēng)急流的北側(cè)邊緣進(jìn)入到平流層，而那里可能是對(duì)流層頂?shù)恼郫B區(qū)域，輸送效率較高。從輸送到平流層以后，粒子的移動(dòng)方向來(lái)看，這2次強(qiáng)對(duì)流天氣過程引起的直接輸送都向西偏南方向移動(dòng)，主要受南亞高壓東側(cè)偏東風(fēng)的影響，而天氣尺度或大尺度系統(tǒng)引起的輸送都向偏東方向移動(dòng)，主要受中緯度西風(fēng)槽系統(tǒng)的影響。

由于不同的深對(duì)流天氣發(fā)生在不同的背景天氣尺度系統(tǒng)或大尺度系統(tǒng)下，其所引起的TST特征也不盡相同，為了研究在大尺度天氣背景下強(qiáng)對(duì)流所引發(fā)的TST特征，未來(lái)有必要對(duì)此進(jìn)行更多更詳細(xì)的研究。

（References）

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