青藏高原特殊大地型的动力热力作用不仅对区域及全球的天气气候有显著影响,而且对全球平流层和对流层物质交换有重要的调节作用。研究青藏高原上空的平流层-对流层物质交换(STE)对于我们更好的理解人类和自然排放的污染物质对区域乃至全球气候变化的影响具有重要指示意义。本文聚焦于青藏高原上空的中尺度对流层顶折卷(Tropopause Fold)事件,用中尺度数值模式(WRF),结合NCEP和欧洲中心再分析资料、CALIPSO和AIRS卫星资料、多种地基观测资料以及中国气象站点常规观测资料,研究了发生在青藏高原及其周边区域的对流层顶折卷的细节以及与折卷有关的STE特征,分析了该区域不同强度对流层顶折卷的多年气候学分布特征,并在此基础上进一步模拟诊断了影响对流层顶折卷的主要因子。所得主要结果和结论如下：(1)论文首先利用中尺度模式(WRF)模拟了发生在青藏高原及其周边区域(25°N-45°N,70°E-110°E)的两次对流层顶折卷个例。模拟结果表明,WRF模式能够很好地捕捉、重现对流层顶折卷过程,而模式中积云参数化方案的选取对折卷过程的模拟影响不大。与NCEP再分析资料相比,高分辨率的模式模拟结果能更好的反应对流层顶折卷时空变化特征,尤其在复杂下垫面上空,对对流层顶折卷事件的详细细节体现更为完整。模式模拟的水汽混合比和位势涡度场都能很好的体现对流层顶折卷的形态与结构特征,但是折卷的形态和结构在水汽场中比在位势涡度场中体现的更加清晰,而由地形所导致的对流层顶畸变则在位势涡度场中体现得更好。通过对两次对流层顶折卷事件的对比分析发现,如果折卷事件受到高原环流系统的直接影响而不是由高空天气系统生成,折卷事件发展演变会有显著不同,由折卷引起的穿越对流层顶物质输送量也差别很大。受高原环流系统影响的对流层顶折卷事件持续时间相对较长,穿越对流层顶物质输送量也明显较大。高原地形对于对流层顶折卷引起的穿越对流层顶的物质输送有显著影响。当折卷过程从高原上空移过后,由于平流层干空气的快速下沉侵入以及大气动量的垂直输送,会在折卷系统的后方产生一个对流层中层的湿空气层,同时在山体背风坡形成一个低空急流,两者相互作用使背风坡大气的不稳定性加强从而容易产生深厚的垂直上升运动,将对流层物质直接带入平流层低层。此外,当气团被地形强迫抬升到折卷形成的不稳定湿空气层高度,就会激发深对流活动,进而在山体迎风坡产生持续稳定的对流层向平流层的物质输送。值得指出的是,如果折卷受到高空锋面的影响,则会在高空锋面上产生持续的穿越对流层顶向上的物质输送,该输送量大于地形强迫抬升所产生的向上物质输送量。(2)论文进一步利用ERA-Interim再分析资料和中国753个常规气象观测站点的日平均温度资料,通过Q矢量散度极大值和PV极大值配合的判别方法,分析了1989至2009年间发生于青藏高原及其周边区域的对流层顶强、弱折卷事件的气候学分布特征及可能成因。通过大量折卷个例的对比验证,发现用Q矢量散度极大值和PV极大值配合的判别法来对折卷事件进行确认的方法是科学有效的,对同一折卷被重复统计两次的几率不超过5%。分析也表明折卷强度和400hPa等压面上Q矢量散度场极值大小密切相关,极值越大,折卷强度越强。统计分析显示1989至2009年间青藏高原及其周边区域上空的强、弱折卷发生次数都有显著增加的趋势,这一变化趋势可能与高原上空西风急流强度增强,冷空气入侵次数增加及上对流层稳定性降低有关。在强、弱折卷事件的季节分布方面,强折卷的发生次数一年中有明显的两次峰值,分别在冬季风盛行期(12-3月)和夏季风盛行期(6-8月),且冬季强折卷发生频率高于夏季。弱折卷只在夏季风盛行期发生频率极高,但全年弱折卷发生次数高于强折卷。从所有折卷事件的季节分布上看,青藏高原上空对流层顶折卷夏季发生频繁,其他三季发生频率差别不大。进一步对有、无折卷个例以及强、弱折卷个例的高空风场和温度场进行合成分析后表明,在青藏高原上空,高空急流是冬季风盛行期间影响对流层顶折卷发生频率及强度的主要因素；而在夏季风盛行期间高空急流对对流层顶折卷的影响较弱。(3)论文还利用中尺度模式WRF,通过一系列敏感性数值试验诊断分析了地表温度及地形高度等因素对对流层顶折卷的影响。分析表明,把模式中地表温度人为升高3K和6K后,在较短的积分时间内(6小时)对整层大气温度场和高空纬向风场没有显著变化,对对流层顶折卷也没有明显影响。而将模式中地形高度人为降低10%,20%和50%,并与真实地形条件下的模拟结果进行对比,发现青藏高原下垫面高度变化可以通过影响高空风场,间接地对对流层顶折卷产生显著影响,特别是会影响对流层顶折卷在区域内的传播速度。同时地形高度的降低会导致高原上空的重力波信号减弱,进而可能对该地区STE产生影响。(4)本文最后利用1989至2009年的ERA-Interim再分析资料,对青藏高原区域(70(?)-110(?),20(?)-45(?))和西太平洋区域(120(?)-160(?),20(?)-45(?))对流层顶折卷统计特征进行了对比分析,分析结果表明,西太平洋区域与青藏高原区域的冬季折卷都受到副热带西风急流的显著影响。但与青藏高原不同的是,西太平洋区域对流层顶折卷发生次数更多。且西太平洋区域以强折卷发生为主,强折卷发生次数是弱折卷的3倍,造成这种差异的原因和机理值得进行进一步深入的研究。