文摘
我们使用ERA-Interim再分析,MLS的观察和检查化学运输轨迹模型和示踪剂分布上对流层和低平流层(你的)与一个东西方2016年振荡的反气旋。结果表明,水蒸气的空间分布(H2O)更符合反气旋的位置比在100 hPa一氧化碳(CO),和一个独立的相对高浓度中心只有在H2O。215 hPa,虽然反气旋中心也从西藏模式(TM)迁移到伊朗模式(IM),两种示踪剂的相对高浓度中心总是托管与地区上升运动是你的强大。TM的反气旋迁移时,空气中的反气旋在西藏高原可能运输向西和向东,但总是在你之内。相对高浓度的对流层内示踪剂反气旋在IM从东向西传播和运输的反气旋,而不是直接从表面。内空气相对高位势高度从主反气旋中心在西太平洋部分和部分从较低的水平。
1。介绍
亚洲夏季季风是全球气候系统的重要组成部分,也是一个重要的全球大气环流系统在北方夏天1]。鉴于其对北半球天气和气候的影响及其在海气交互作用和Stratosphere-Troposphere交换(STE),亚洲夏季季风研究专注于广泛调查(2- - - - - -15]。STE对交通有很大的影响在对流层顶和大气成分的空间分布16,17]。亚洲夏季季风反气旋(南亚高)是亚洲夏季季风的主要特性之一(1,18- - - - - -26]。它扮演着一个重要的角色在STE因为持续的深对流和质量输运的影响,特别是在化学分布上对流层和低平流层(你的)地区9,19,20.,27- - - - - -29日]。亚洲夏季季风西风喷气反气旋是有界的北部和南部东风急流导致内空气的独立特性的反气旋(23,24]。表面污染在亚洲可以通过反气旋(运送到平流层30.,31日]。以前的研究已经表明存在季节性的意思是最大(或最小)对流层示踪剂如一氧化碳(CO)、HCN和水蒸气(H2O)(平流层的示踪剂,如O3)在你的地区在亚洲夏季季风季节(20.,23,30.- - - - - -34]。
尽管亚洲夏季季风反气旋是一个非常强大和稳定的循环在你的区域,它也显示了青藏高原向西迁移(TP) [35)和反气旋脱落(每10 - 20天)几次,当它向西迁移(36)(我们称之为10-20-day东西方振荡在这项研究中)。Randel和公园(1]表明季风环流活跃/休息周期,与深对流的时间尺度的振荡10 - 20天。Zhang et al。37)发现南亚高(SAH)显示双峰性在西藏的经度位置和分类模式(集中在90°E)和伊朗模式(集中在大约60°E)。化学成分的分布在你的地区由双峰性影响(38,39]。然而,STE可变性的东西振荡亚洲夏季季风期间反气旋仍然是未知的。是很重要的诊断相关的航空运输东西反气旋的振荡。
也有研究关注于航空运输的细节在亚洲夏季季风季节。伯格曼et al。40]指出了空气对流造成的可能下降到低对流层再次在季风季节。轨迹和WRF-Chem对流层模型输出表明,空气可以直接运输到平流层主要从TP。TP的地形升降而不是对流运输导致上行传输(41]。[Garny和Randel42]进一步表明上空360 K等熵面更可能是在反气旋,而空气下面是很难进入平流层。对流层向上提升的相对重要性和监禁的反气旋STE反气旋振荡需要研究。
这项工作的目的是诊断质量运输时,亚洲夏季季风反气旋从西藏振荡模式向伊朗模式。化学物种混合比从卫星数据、气象领域的再分析数据,和一个轨迹模型相结合来解决以下问题:(1)如何东西振荡的亚洲夏季季风反气旋影响化学分布在你的?(2)反气旋内的空气在不同阶段都有相同的来源吗?(3)如何反气旋内空气运输时反气旋从西藏模式迁移到伊朗模式?
我们选择公司和H2O为运输诊断对流层示踪剂。运输公司是一个很好的示踪的对流层和低平流层(43),因为它有一个光化学一生的2 - 3个月44]。相对较高的H2O混合比在对流层上部和对流层顶附近被观察到在亚洲夏季风反气旋(23,45]。这里我们分析公司的时空变异性和H2O你调查的质量输运相关的反气旋振荡。
2。数据和模型
2.1。卫星数据
微波肢体测深仪(MLS)仪器在NASA EOS光环卫星任务于2004年7月15日(46]。在这里我们使用美国版本4,二级公司,H2数据在100 hPa和215 hPa O。公司检索100 hPa的垂直分辨率是4.9公里,精度与系统的不确定性~ ~ 14 ppbv 20 ppbv。在215 hPa, 5.4公里,30 ppbv ~ 19 ppbv, ~。H2O检索的垂直分辨率100 hPa 3公里和1.6公里在215 hPa。精度和准确性在100 hPa ~ 15% ~ 8%,以及215 hPa ~ 40% ~ 25%,分别为(47]。美国职业足球大联盟的水平分辨率数据跨跟踪和~ ~ 6公里沿轨道300公里。我们构建网格数据5度纬度×5度经度日常地图。
2.2。气象数据
我们使用6小时位势高度(加仑小时),水平风场(和)和垂直速度(ω)从ERA-Interim再分析2016年8月在这工作诊断亚洲夏季季风反气旋的动态可变性和对流层向上运动。上的水平分辨率是1°37压力水平(从1000 hPa 1 hPa)。
2.3。轨迹模型
我们使用混合单粒子拉格朗日综合轨迹(HYSPLIT)模型跟踪向前和向后轨迹在这项研究。HYSPLIT模型假定一个三维的粒子分布(48- - - - - -50]。平均粒子轨迹的集成粒子位置向量在空间和时间51]。它已广泛应用于航空运输在亚洲夏季季风季节(41,52]。鉴于基于个人轨迹可能不确定性分析,我们使用了一个整体的方法来做分析。合奏的方法开始多个轨迹从一个选择开始的位置。计算每个指定位置轨迹27起始位置。27个轨迹在三垂直的水平,每一层有9个位置。每个轨迹计算的方法弥补了气象数据通过一个固定的网格的因素。27个轨迹用于所有可能的补偿在三个方向53]。
3所示。化学分布在你与亚洲夏季季风反气旋的振荡
尽管亚洲夏季季风反气旋是季节性的固定循环的时间尺度,分析表明,它还显示了小时间尺度传播;特别是10-20-day东西方振荡明显在动力领域和模型模拟对流层示踪剂(36,39]。检查的特点,STE反气旋中心从西藏模式迁移到伊朗的模式,我们首先选择了一段期间,反气旋的中心向西显示一个集成的振荡。
图1展示了一个反气旋的时间演化100 hPa在2016年8月。和反气旋中心位置所示选择加仑小时轮廓。在时间期间,反气旋显示不同阶段的东西振荡。这是在西藏模式8月3(反气旋中心位于东部35°以北90°E和N),逐步向西迁移(在8月7日和8月9)。有一个独立的相对高加仑小时中心出现的东部主要的反气旋(集中在150°E)在8月7日。然后继续迁移进一步西方和西方中心的面积变得越来越小,而东部一个几乎保持。图1 (d)表明一个新的西藏模式中心8月9日出现和加强在接下来的几天(8月10日和8月14)。
(一)100 hPa加仑小时(公里),风场(m / s)在8月3日,2016年
(b) 100 hPa加仑小时(公里),风场(m / s) 8月5日,2016年
(c) 100 hPa加仑小时(公里),风场(m / s) 8月7日,2016年
(d) 100 hPa加仑小时(公里),风场(m / s)在8月9日,2016年
(e) 100 hPa加仑小时(公里),风场(m / s) 8月10日,2016年
(f) 100 hPa加仑小时(公里),风场(m / s) 8月14日,2016年
化学示踪剂的监禁在亚洲夏季风反气旋发生约200 - 100 hPa或12到16公里(1),而最强的封闭循环的反气旋发生在~ 15公里,主对流流出以上(~ 12公里)24]。公园等。23)指出,对流层上层H2O季风地区符合深对流在两个位置和演化。规模季节性分布的H2O在对流层顶的高度更受到反气旋的位置。为了更好地描述质量输运的东西振荡与亚洲夏季季风反气旋,我们进一步调查200 hPa的反气旋变异。
图2显示了反气旋进化200 hPa同期如图1。的顺序地图表明,尽管反气旋/ TP 8月3(反气旋的中心附近80°E),主要的反气旋位于西风比100 hPa 8月10日前。此外,一个独立的相对高约150°E加仑小时中心也可以从8月7日找到。我们叫它东亚洲夏季季风反气旋的涡脱落后(例如,36,39])。
(一)200 hPa加仑小时(公里),风场(m / s)在8月3日,2016年
(b) 200 hPa加仑小时(公里),风场(m / s) 8月5日,2016年
(c) 200 hPa加仑小时(公里),风场(m / s) 8月7日,2016年
(d) 200 hPa加仑小时(公里),风场(m / s)在8月9日,2016年
(e) 200 hPa加仑小时(公里),风场(m / s) 8月10日,2016年
(f) 200 hPa加仑小时(公里),风场(m / s) 8月14日,2016年
虽然反气旋显示两个级别之间的差异,相互演进基本上是一致的。正如我们上面提到的,化学分布在你的反气旋监禁和深对流的影响。水平分布的对流层示踪剂(CO和H2你O)和垂直速度进行分析,以确定哪些过程扮演了更重要的角色在你的航空运输期间我们选择。
先前的研究[38,39)表明你的公司分布在较小的时间尺度是影响反气旋的变化。相对高的公司混合比中心总是在反气旋。在同一时期的人物1和2相对高的地区,我们发现公司混合比率(黄色和橙色区域图3)从100 hPa MLS观察0到40°N,西部的120°E。具体来说,伊朗模式在8月7日,8月9日和8月10所示的是美国公司向南,虽然还不清楚在西藏模式(8月8月3和5)和东涡流脱落(8月7日之后)的反气旋(图1)。注意网格MLS有限公司有一个相对粗糙水平分辨率比ERA-Interim数据。我们构造的数据到一个常规电网可能诱发位置变化而动态字段和损失规模较小的特性。垂直速度的水平分布表明,上行传输这个水平是明显的在这个序列。然而,强劲的地区最大向上运输不配合公司混合比中心。
(一)100 hPa联盟有限公司(ppbv)在8月3日,2016年
(b) 100 hPa联盟有限公司(ppbv) 8月5日,2016年
(c) 100 hPa联盟有限公司(ppbv)于8月7日,2016年
(d) 100 hPa联盟有限公司(ppbv)在8月9日,2016年
(e) 100 hPa联盟有限公司(ppbv) 8月10日,2016年
(f) 100 hPa联盟有限公司(ppbv)于8月14日,2016年
另一方面,公司在215 hPa显示了不同的进化从100 hPa(图4)。相对高有限公司中心主要是在西藏模式,也就是说,位于60°E。也有相对高的公司中心位于东北部和西南部的主要中心。增强公司混合比区域配置有强烈的反气旋中心的向上运动但脱臼。表明对流层向上运输有限公司有更多的影响比反气旋监禁215 hPa分布。
(一)215 hPa联盟有限公司(ppbv)在8月3日,2016年
(b) 215 hPa联盟有限公司(ppbv) 8月5日,2016年
(c) 215 hPa联盟有限公司(ppbv)于8月7日,2016年
(d) 215 hPa联盟有限公司(ppbv)在8月9日,2016年
(e) 215 hPa联盟有限公司(ppbv) 8月10日,2016年
(f) 215 hPa联盟有限公司(ppbv)于8月14日,2016年
相对较高的H2O对流层顶附近的混合比在亚洲夏季风反气旋也是众所周知的(1,18,20.,23,54]。它有不同的特性,但是从你的公司在亚洲夏季季风季节(23]。然后我们诊断H2O水平分布在100 hPa和215 hPa进一步了解化学分布和动力过程之间的关系。
100 hPa, H2O字段显示与反气旋的振荡的关系比(图5)。相对高有限公司中心100 hPa位于南方和西藏模式不显示,而我们可以看到相对高H2O地区/ TP和IP。中心的相对较高的H2O和反气旋没有完全托管,但纵向运动总体一致。我们已经阐明,反气旋的分布和位置的差异可能是由于美国职业足球大联盟的相对粗糙的水平分辨率数据。但公司和H2O可变性在100 hPa期间表明质量分布在这个级别从西藏模式迁移到伊朗与反气旋模式。特别是,向东涡流脱落明显H2O分布。
(一)100 hPa MLS H2O (ppmv)在8月3日,2016年
(b) 100 hPa MLS H2O (ppmv) 8月5日,2016年
(c) 100 hPa MLS H2O (ppmv)于8月7日,2016年
(d) 100 hPa MLS H2O (ppmv)在8月9日,2016年
(e) 100 hPa MLS H2O (ppmv)在8月10日,2016年
(f) 100 hPa MLS H2O (ppmv)于8月14日,2016年
H2O水平结构在215 hPa显示增强的混合比附近地区具有较强的上升运动(图6)。在动力领域的西振荡明显不是H所示2O 215 hPa序列。这种结构类似于公司领域在这一水平(见图4)。公园等。23)已经指出,最大的H2O混合比对流层顶附近的高度是反气旋内,而在对流层上层的深对流在季节尺度。H的日常行为2O进一步说明化学分布在你受到的约束反气旋和深对流。他们在不同的级别显示不同的重要性。
(一)215 hPa MLS H2O (ppmv)在8月3日,2016年
(b) 215 hPa MLS H2O (ppmv) 8月5日,2016年
(c) 215 hPa MLS H2O (ppmv)于8月7日,2016年
(d) 215 hPa MLS H2O (ppmv)在8月9日,2016年
(e) 215 hPa MLS H2O (ppmv)在8月10日,2016年
(f) 215 hPa MLS H2O (ppmv)于8月14日,2016年
化学分布在你的另一个特点是,尽管公司在100 hPa没有显示一个独立的相对高值中心的东部主要在西太平洋反气旋,它可以发现在H2O场在两个水平。此外,我们还可以发现相对高有限公司中心主要的反气旋在215 hPa的东部。地区增强H2O混合比在西太平洋更大比增强公司。此外,地区增强H2O混合比是连接到主要的反气旋。两种示踪剂的相对高值中心的东部主要的反气旋在低水平明显高于上层表明东部中心在西太平洋可能产生的近地表空气向上运输的高CO和H2o .西方中心的示踪剂的最大在100 hPa可能是由于反气旋的迁移。不确定性的基础上,我们将进一步测量对流层垂直运输和跟踪空运轨迹。
4所示。对流层向上运动
深对流与亚洲夏季季风发挥重要作用在表面排放运输到你的21,31日]。定深对流位于东南亚洲夏季季风反气旋(例如,23,31日])。之前的研究表明,TP是对流层的首选位置追踪器解除上层(34- - - - - -36]。识别质量输运在对流层期间我们选择,我们选择两个截面,沿着20°N(南部的亚洲夏季季风反气旋)和30°N (TP),分析垂直运输。
你的水平分布的垂直速度(见图3- - - - - -6)表明,向上运动主要是位于东南部的TP。图7显示longitude-height截面垂直速度沿着20°N。区域内的黑色轮廓代表发生了强烈的向上运动的地方。尽管反气旋在西方模式在8月7日和8月9日,和双中心阶段发生在8月10日和8月14日,我们只能找到强烈的向上运动大约100 hPa 60°E(超过伊朗高原)于8月7日期间。动态字段和H2O字段都显示,反气旋扩展到150°E的东部100 hPa(图1)。巧合的是,在150°E持久强劲的向上运动时期被发现,他们可以达到100 hPa。
(一)垂直速度(米/秒)20°N在8月3日,2016年
(b)垂直速度(米/秒)20°N在8月5日,2016年
(c)垂直速度(米/秒)20°N在8月7日,2016年
(d)垂直速度(米/秒)20°N在8月9日,2016年
(e)垂直速度(米/秒)20°N在8月10日,2016年
(f)垂直速度(米/秒)20°N在8月14日,2016年
一起向上运动30°N低于20°N(图8)。但持续向上的运动还可以发现在150°E除了在8月3日。此外,向上运动的你并不符合反气旋迁移。强劲上行传输上层总是东60°E。
(一)垂直速度(米/秒)30°N在8月3日,2016年
(b)垂直速度(米/秒)30°N在8月5日,2016年
(c)垂直速度(米/秒)30°N在8月7日,2016年
(d)垂直速度(米/秒)30°N在8月9日,2016年
(e)垂直速度(米/秒)30°N在8月10日,2016年
(f)垂直速度(米/秒)30°N在8月14日,2016年
总之,向上运动强沿30°N比20°N。当反气旋从西藏模式迁移到伊朗模式,向上运动在对流层两截面并没有改变太多。强烈的向上运输的你总是东60°E。也有向上的运动在整个西太平洋对流层。因此,相对高加仑小时中心约150°E(你的数据1和2)可能是由于东方的主要反气旋涡旋脱落和对流层向上提升。
5。轨迹分析
因为强烈的向上运动的位置在你的没有显示东西振荡期间我们选择,我们使用HYSPLIT轨迹模型跟踪反气旋振荡时的航空包裹运输。公司和H2O日常地图在100 hPa和215 hPa透露,他们分布在215 hPa可能造成在对流层向上运输。在轨迹的分析中,我们选择空气16.8公里调查相关的航空运输西反气旋的振荡。
在我们选择的序列,反气旋在西藏模式开始,然后迁移到伊朗模式。一个独立的相对高加仑小时中心在西太平洋的东涡流脱落造成亚洲夏季季风反气旋期间还发现(图1)。我们关注西藏的反气旋迁移时的航空运输模式和反气旋内的空气的来源在伊朗模式和在西太平洋。
我们首先分析了5天前进的轨迹在发布的16.8公里40°N, 100°E 8月3日,2016(图9)。在垂直方向,空气包裹了向上和向下。他们可以降低14公里,达到高于8月19公里后8这意味着反气旋内的空气可以运输在对流层和平流层。一般来说,空气包裹在你的地区保持5天。水平途径表明空气包裹了向西和向东,保持约100°E。这是符合事实,反气旋中心从东向西和向东涡流脱落出现于8月3 - 8月9日(图1)。
因为它是如图7和8对流层,强劲的向上运动,尤其是在上层,总是东60°E。然而,反气旋位于IP在8月7日和8月9日,2016年。它激励我们分析逆向轨迹反气旋内的空气在伊朗模式。图10是5天整体落后的轨迹在16.8公里的出发点在哪里33°N, 60°E在8月9日,2016。结果表明,所有的空气包裹来自高于14公里,所有来自东方。也就是说反气旋内的空气通过IP完全是向西迁移引起的反气旋。
不同,空气相对高加仑小时内中心位于西太平洋(图有两个来源11)。一部分是主要的反气旋/ TP,而另一个是来自南部地区。垂直轨迹表明,所有这里的空气包裹来自相同水平或水平较低。虽然为期5天的逆向轨迹表明,从水平高于10公里,空气上方垂直速度的分析表明,有你在这个地区持续向上的运动(数字3- - - - - -6),在整个对流层30°N。
总的来说,反气旋迁移时的轨迹分析表明,从东到西,反气旋内空气保持在你,向西和向东移动,也可以保持在TP。所有反气旋内的空气在伊朗模式被运向西迁移的反气旋,而空气中相对高加仑小时中心在西太平洋反气旋的东涡脱落和空气在较低水平。
6。结论
使用6小时EAR-Interim再分析数据,MLS观察,HYSPLIT轨迹模型,我们研究了CO和水蒸气分布和航空运输在你与一个东西方亚洲夏季季风反气旋的振荡过程在2016年8月。
我们的分析表明,反气旋定义为相对高加仑小时100 hPa和200 hPa从西藏模式迁移到伊朗模式期间我们选择。同时,向东的主要反气旋涡旋脱落导致独立相对高加仑小时中心在西太平洋。反气旋在200 hPa位于南方相比,100 hPa。
公司日常地图在100 hPa同期说明增强公司混合比位于0到40°N,西部的150°E。相对高的水平分布H2O混合比在100 hPa显示一致性与反气旋的位置比有限公司两种示踪剂并没有显示出明显的最大浓度中心和地区之间的关系具有较强的上升运动在这个水平。然而,他们的水平分布都受到215 hPa向上运输。尽管反气旋的东西迁移215 hPa仍然非常清晰,高值的两种示踪剂总是东60°E。请注意,增强H2O的混合比符合向东涡脱落的反气旋在公司领域的水平但不明显。
longitude-height横截面上的垂直速度沿着20°和30°N表明持续向上运动在对流层/ TP和西太平洋。但是向上运动更超过30°N比20°N和IP弱得多。
从轨迹模型结果显示,当西藏的反气旋启动模式在8月3日,反气旋内的空气向西和向东,但保持了你在接下来的5天。空气在伊朗的反气旋模式在8月9日是你所有从东东西振荡引起的反气旋。没有向上运输从表面到对流层顶/ IP在这种情况下。另一方面,只反气旋的东涡流脱落导致相对高加仑小时内空气的一部分在西太平洋中心。另一部分的空气水平低于由对流层解除向上运动。
最后,我们想强调,这项研究是一个案例研究,基于MLS的观察。得到一个完全理解的细节质量输运与亚洲夏季风的东西振荡有关,我们应该做更多的分析。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突。
确认
提供了该项目资金由中国科学基金会(41575038,41575038,41605001)。