基于2005年NCEP/GFS分析资料和拉格朗日粒子扩散模式的"Domain Filling"技术,以气块穿越对流层顶后的滞留时间为标准,诊断分析了夏季亚洲季风区对流层-平流层质量交换,重点讨论了对平流层大气成分收支具有实际意义的不可逆双向质量交换过程,并利用前向(后向)轨迹追踪方法,分析了其4天的"源(汇)"特征.研究结果表明:(1)对流层-平流层质量交换(Troposphere-Stratosphere mass Exchange,STE)的计算对滞留时间阈值的选择具有较强敏感性,大多数的气块在1～2天内可频繁地往返对流层顶.这些瞬时交换事件的考虑与否对穿越对流层顶的质量交换计算的准确性具有重要影响,尤其在中纬度的风暴轴区域.(2)从亚洲季风区对流层-平流层质量净交换纬向平均上看,45°N以南的区域为对流层向平流层的质量输送(Troposphere to Stratosphere massTransport,TST),副热带地区为最强的上升支,而在45°N～55°N的中纬度地区是平流层向对流层质量输送(Stratosphere to Troposphere mass Transport,STT).地理分布上,STT主要分布在青藏高原以北的东亚地区,与亚洲季风区夏季大尺度的槽区相对应.夏季整个亚洲季风区都是TST发生的区域,最大值位于青藏高原东南侧及其附近区域,该区域占亚洲季风区不可逆TST夏季平均总量的46%.(3)对流层-平流层质量交换的"源汇"特征分析表明,STT主要源于100°E以西、50°N以北的高纬地区,向下可以输送到中国东北部及朝鲜半岛北部等中纬度区域.而TST主要来源于中纬度和副热带地区的大气输送,向上穿越对流层顶高度以后,可分别向高纬的极地和热带地区输送,这意味着亚洲季风区夏季的TST水汽输送可能进入"热带管"中,进而可能对全球平流层水汽平衡产生重要影响.
基于NCEP/NCAR分析资料和拉格朗日轨迹输送模式FLEXPART,通过气块轨迹计算,对2005年夏季亚洲季风区对流层向平流层输送(Troposphere to Stratosphere Transport,简称TST)的近地层源区、输送路径及其时间尺度问题进行了一些初步探讨。结果表明:(1)夏季亚洲季风区TST两个主要的边界层源区,一个是热带西太平洋地区;另一个是青藏高原南部、孟加拉湾以及印度半岛中北部等地区,上述两个区域与夏季强对流的分布相一致。在对流层顶高度附近(约16km高度),两个近地层源区的垂直输送贡献相当。但进一步分析发现,穿越对流层顶高度的质量输送只有约10%能够进入20～22km高度的平流层中,且主要源于以青藏高原南侧为代表的南亚季风区(约贡献75%),这进一步强调了青藏高原及其周边区域在全球TST过程中的重要地位。(2)轨迹分析显示,夏季亚洲季风区对流层进入平流层的"入口区"主要在(25°N～35°N,90°E～110°E)区域的青藏高原及其周边区域。TST路径受对流层上层南亚高压闭合环流、北半球副热带西风急流和赤道东风急流的共同控制。(3)亚洲季风区TST两个主要的过程,一个是和夏季湿对流抬升直接联系的快速输送过程,它可以使近地层大气在1～2天内输送到平流层中,贡献了整个TST的10%～30%;另一个是大气辐射加热所致的大尺度垂直输送,该输送是一个相对的慢过程,时间尺度一般为5～30天。此结果意味着,源于地表的短生命周期的大气污染物可通过光化学反应过程对该区域平流层臭氧及其他大气痕量成分平衡产生重要影响。
