Stratosphere-troposphere exchange processes caused by deep southwest vortex and plateau vortex

doi:10.11755/j.issn.1006-7639-2025-01-0032

Journal of Arid Meteorology ›› 2025, Vol. 43 ›› Issue (1): 32-40.DOI: 10.11755/j.issn.1006-7639-2025-01-0032

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Stratosphere-troposphere exchange processes caused by deep southwest vortex and plateau vortex

ZHANG Qi¹^,²(), LI Yueqing¹(), QING Quan²

1. Institute of Tibetan Plateau Meteorology，China Meteorological Administration，Heavy Rain and Drought-Flood Disasters in Plateau / Basin Key Laboratory of Sichuan Province，Chengdu 610072，China
2. Meteorological Observatory in Sichuan Province，Chengdu 610072，China

Received:2023-12-14 Revised:2024-05-09 Online:2025-02-28 Published:2025-03-14

深厚西南涡与高原涡引起的平流层-对流层质量交换过程分析

张琪¹^,²(), 李跃清¹(), 青泉²

1.中国气象局成都高原气象研究所/高原与盆地暴雨旱涝灾害四川省重点实验室，四川成都 610072
2.四川省气象台，四川成都 610072

通讯作者: 李跃清（1960—），男，研究员，主要从事高原气象学、灾害性天气气候预测、气候变化及其影响研究。E-mail：yueqingli@163.com。
作者简介:张琪（1985—），女，高级工程师，主要从事青藏高原及周边灾害天气的预报服务工作。E-mail：zhangqikm@126.com。
基金资助:
国家自然科学基金气象联合基金重点项目(U2242202);国家自然科学基金重大研究计划集成项目(91937301);第二次青藏高原综合科学考察研究项目(2019QZKK0103);第二次青藏高原综合科学考察研究项目(2019QZKK0105);高原与盆地暴雨旱涝灾害四川省重点实验室科技发展基金项目(SCQXKJYJXMS202213);中国气象局水文气象重点开放实验室开放研究课题(24SWQXZ033)

Abstract

Abstract:

In order to explore whether the deep plateau vortex and southwest vortex system can trigger the material exchange between the atmospheric stratosphere-troposphere, based on the European Centre for Medium-Range Weather Forecasts (ECMWF) reanalysis data, the dynamic structure, the cross-tropopause mass flux and the trajectory of the gas block during the deep southwest vortex on June 30, 2013 and the plateau vortex on July 23, 2010 were analyzed in detail. The results show that: The deep southwest vortex and plateau vortex develop significantly in the vertical direction, and their internal updrafts develop exceptionally strongly, reaching up to 100 hPa and crossing the troposphere into the stratosphere. There is a strong mass exchange between the stratosphere and troposphere during the formation and mature stages of the vortexes, and the vertical transport term contributes the most to the total flux. The unusually strong upward motion of the low vortex causes part of the tropospheric air mass to be transported to the stratosphere. These results reveal some new important facts: The deep southwest vortex and plateau vortex can cause the mass exchange of the stratosphere-troposphere, and may be a new transport window for the troposphere-stratosphere atmospheric exchange.

Key words: deep southwest vortex, deep plateau vortex, stratosphere-troposphere exchange, atmospheric transport process

摘要： 为探索深厚型高原涡和西南涡系统能否引发大气平流层-对流层之间的物质交换，利用欧洲中期天气预报中心再分析资料，详细分析了2013年6月30日深厚型西南涡和2010年7月23日高原涡过程中的动力结构、穿越对流层顶的质量通量、气块运动轨迹。结果表明：深厚西南涡和高原涡在垂直方向上具有显著的深度，其内部上升气流发展异常强烈，最高可冲破100 hPa，穿越对流层顶进入平流层；低涡形成和成熟阶段均存在较强的平流层-对流层质量交换，垂直输送项对总通量的贡献最大；异常强烈的低涡上升运动使得部分对流层空气块被输送至平流层。此结果揭示了一些新的重要事实：深厚西南涡和高原涡可引起平流层-对流层的质量交换，可能是对流层-平流层大气交换的一个新输送窗口。

关键词: 深厚型西南涡, 深厚型高原涡, 对流层-平流层质量交换, 大气输送过程

CLC Number:

P458

ZHANG Qi, LI Yueqing, QING Quan. Stratosphere-troposphere exchange processes caused by deep southwest vortex and plateau vortex[J]. Journal of Arid Meteorology, 2025, 43(1): 32-40.

张琪, 李跃清, 青泉. 深厚西南涡与高原涡引起的平流层-对流层质量交换过程分析[J]. 干旱气象, 2025, 43(1): 32-40.

Figures/Tables 7

Fig.1 The 500 hPa （a，c） and 300 hPa （b，d） geopotential height field （contour lines，Unit： gpm），wind field （arrow vectors，Unit： m·s-1） and potential vortex （the color shaded，Unit：PVU，1 PVU=10-6 K·m2·kg-1·s-1） distribution at 06：00 （a，b） and 18：00 （c，d） on 30 June 2013

Fig.2 The zonal （a，b） and meridional （c，d） vertical circulation distribution along 31°N and 106°E at 06：00 （a，c） and 18：00 （b，d） on 30 June 2013 （The grey shaded is for terrian）

Fig.3 The 500 hPa （a，b） and 200 hPa （c，d） geopotential height field （black contours，Unit： gpm） and temperature field （blue dotted lines，Unit： ℃） at 06：00 on July 23 （a，c） and 00：00 on July 24 （b，d） 2010

Fig.4 The zonal （a，b） and meridional （c，d） distribution of vertical velocity （isolines，Unit： Pa·s-1） and potential vorticity （the color shaded，Unit： PVU，1 PVU=10-6 K ·m2· kg-1·s-1） along 35°N and 106°E at 06：00 on July 23 （a，c） and 00：00 on July 24 （b，d） 2010

Fig.5 The distribution of average cross-tropopause mass flux at 06：00 （a） and 18：00 （b） on 30 June 2013 during the southwest vortex process and at 06：00 on July 23 （c），00：00 on 24 July （d） 2010 during the plateau vortex process （Unit： 10-3 kg·m-2·s-1）

Fig.6 The distribution of cross-tropopause mass flux caused by horizontal transportation （a，d），the variation of tropopause height （b，e） and vertical transportation （c，f） during the plateau vortex process at 06：00 on 23 （a，b，c）and 00：00 on 24 （d，e，f） July 2010 （Unit： 10-3 kg·m-2·s-1）

Fig.7 The mass moving trajectories during the southwest vortex process on 30 June 2013 （a） and the plateau vortex process on 23 July 2010 （b）（The color shaded is altitude，Unit： km）

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