为了研究东亚地区平流层-对流层交换过程及其在全球大气成分收支中的作用，本论文利用由中国科学院大气物理研究所自行研制的臭氧观测仪器GPSO3及其升级版本IAP Ozonesonde在东北地区长春气象观测站(43.9°N，125.2°E，237m)观测试验获得的高精度、高垂直分辨率臭氧廓线资料，与AIRS、OMI和MLS等卫星臭氧数据、ERA-Interim再分析资料，结合中尺度WRF模式以及TRAJ3D轨迹模式综合分析了东北地区切断低压(cut-off low，COL)系统中发生的三个重要的平流层-对流层交换方式，即天气尺度的平流层入侵过程，与冷涡相联系的中尺度对流层顶折叠过程，以及冷涡对流输送过程。　　首先，对东亚夏季一次典型切断低压过程中的动力、热力及化学结构进行了分析，并详细分析了平流层空气深入侵过程和路径。分析结果表明:在COL发展成熟阶段，由极区高位势涡度、高臭氧库区脱离出来的空气在COL的中心形成一个局地高位势涡度与高臭氧浓度区域，并在对流层中上部出现臭氧次峰结构。前向轨迹模式模拟结果表明:在COL形成前期，高空槽加深，槽后偏北风急流可以引起极区下平流层空气向中纬度对流层中低层侵入，从而使对流层中低层臭氧浓度升高;在COL发展成熟阶段，可以引起平流层空气的“旋转式”入侵。最后，应用后向轨迹模式对成熟阶段COL内部及周围空气块源地做进一步模拟分析。结果表明:(1) COL中心高浓度臭氧空气块源地有两个，一是中西伯利亚北部上空的副极地涡旋，这部分气块对COL中心的高臭氧浓度起主要作用;二是90°E以西，50°N附近的温带急流轴左侧的气旋式风速切变区。(2) COL周围低臭氧浓度的气块源地也有两个，一是COL底部臭氧浓度相对较低的空气块主要来自急流轴右侧反气旋式风速切变区，以平流运动为主;二是COL前部及后部的空气块主要来自COL南侧低层暖区，以上升运动为主。　　其次，东亚夏初在长春地区，臭氧探空仪在对流层6km高度附近观测到一个厚度为3km的、最大臭氧浓度达到180 ppbv的次峰结构。动力场分析表明，此过程与东亚大槽前部强急流过程引起的深对流层顶折叠事件密切相关，折叠引起平流层高臭氧浓度空气舌状结构深入到对流层，导致平流层空气与对流层空气发生不可逆混合过程。应用再分析资料、中尺度模式及轨迹模式对此次折叠过程做了进一步分析。将模拟的臭氧浓度垂直廓线与观测数据进行对比发现，模式可以较好地模拟臭氧的垂直分布结构，当然模拟结果与观测值相比要小很多。轨迹模式计算结果表明，折叠区域内高臭氧浓度空气来自高纬度、近极地的下平流层。明显的下沉过程发生在槽后部，但这些气团仍然保持平流层空气特性，在东亚大槽内部旋转，并最终在槽前随着对流层顶折叠侵入到对流层中层。　　第三，为了研究强对流在对流层向平流层输送过程中所起作用，应用WRF模式分别对发生在冷涡前部和冷涡后部的两次强对流天气过程进行了模拟。模拟结果与MLS、OMI和CloudSat卫星观测资料，及地基S波段雷达观测资料进行了对比分析，表明模拟结果较可靠。对于发生在冷涡前部暖锋云系中的强对流天气来说，对流持续时间长，对流垂直尺度小，下平流层静力稳定度高。对于发生在冷涡后部的孤立强对流来说，对流突发性强，持续时间短，造成强对流天气尺度较小，且在对流层顶附近，静力稳定度小，对流可穿出热力学对流层顶。从示踪物分布情况来看，两次强对流都可将示踪物输送到对流层顶附近，但是冷涡前部对流可将示踪物从边界层输送到整个对流层，而孤立对流是把示踪物输送到对流层顶，而不与自由对流层空气发生混合。