DOI: https://doi.org/10.5194/essd-18-2689-2026
تاريخ النشر: 2026-04-17
المؤلف: Yujia Yang وآخرون
الموضوع الرئيسي: الأوزون الجوي والمناخ
نظرة عامة
تلعب طيات طبقة التروبوسفير دورًا حاسمًا في عملية النقل من الستراتوسفير إلى التروبوسفير (STT)، والتي لها آثار كبيرة على مستويات الأوزون في التروبوسفير، وجودة الهواء، وأنماط الطقس الإقليمية. على الرغم من أهميتها، كان هناك غياب ملحوظ لمجموعة بيانات شاملة متعددة السنوات حول طيات طبقة التروبوسفير المحددة للصين. لسد هذه الفجوة، قام المؤلفون بتطوير مجموعة بيانات مفصلة عن طيات طبقة التروبوسفير باستخدام بيانات إعادة تحليل ERA5، معتمدين على طريقة تصنيف ثلاثية الأبعاد للفترة من 2014 إلى 2023.
تتميز مجموعة البيانات التي تم إنشاؤها حديثًا بتغطيتها الزمنية الواسعة التي تمتد لقرابة عقد من الزمن ودقتها المكانية العالية التي تبلغ 0.25° × 0.25°. تهدف مجموعة البيانات إلى تعزيز فهم ديناميات طيات طبقة التروبوسفير في الصين وآثارها الأوسع على الظروف الجوية، مما يوفر موردًا قيمًا للبحوث المستقبلية في علوم الغلاف الجوي والحقول ذات الصلة.
مقدمة
تناقش المقدمة ظاهرة “طي طبقة التروبوسفير”، التي تحدث عندما تنطوي طبقة التروبوسفير – الحدود بين التروبوسفير والستراتوسفير – إلى الأسفل، مما يسمح بدخول الهواء الستراتوسفير إلى التروبوسفير. يقود هذه العملية بشكل أساسي النقل نحو خط الاستواء للهواء الستراتوسفير الأدنى، مما يؤدي إلى حركة كتل الهواء ذات درجة الحرارة العالية على طول الإيزنتروبيات المائلة. تعتبر طيات طبقة التروبوسفير مهمة لنقل الهواء من الستراتوسفير إلى التروبوسفير (STT) وتساهم في مستويات الأوزون في التروبوسفير، مع آثار محتملة على الظروف الجوية المحلية، بما في ذلك الرياح الشديدة والهطول.
تسلط هذه القسم الضوء على التباين الزمني والمكاني لطيات طبقة التروبوسفير، مشيرة إلى زيادة تكرارها في الشتاء ووقوعها بشكل رئيسي على طول تيار الجت الاستوائي. تم تحديد مناطق مثل الصين كمناطق ذات تكرار عالٍ للطيات الضحلة والمتوسطة، بينما تكون الطيات العميقة مؤثرة بشكل خاص في مناطق مثل هضبة التبت. على الرغم من أهمية هذه الظواهر، هناك نقص في مجموعات البيانات الشاملة وعالية الدقة لطيات طبقة التروبوسفير في الصين. يعالج المؤلفون هذه الفجوة من خلال تطوير مجموعة بيانات متعددة السنوات بدقة زمنية ساعة ودقة أفقية تبلغ حوالي 28 كم، تغطي عقدًا من الزمن من 2014 إلى 2023. تهدف مجموعة البيانات هذه إلى تعزيز فهم توزيع طيات طبقة التروبوسفير وآثارها على تكوين الغلاف الجوي وأنظمة الطقس في المنطقة.
طرق
تتناول القسم الخاص بـ “البيانات والأدوات المناخية” مصادر البيانات والتقنيات التحليلية المستخدمة في الدراسة. استخدم الباحثون مزيجًا من البيانات المناخية المستمدة من الأقمار الصناعية والملاحظات الأرضية لضمان تغطية شاملة ودقة. تم جمع المتغيرات الرئيسية مثل درجة الحرارة، والهطول، وسرعة الرياح على مدى فترة زمنية محددة، مما يسمح بإجراء تحليل إحصائي قوي.
لتحليل البيانات، استخدمت الدراسة طرقًا إحصائية متنوعة، بما في ذلك تحليل الانحدار ونمذجة السلاسل الزمنية، لتحديد الاتجاهات والارتباطات بين المتغيرات المناخية. كما تضمنت المنهجية تطبيق تقنيات حسابية متقدمة للتعامل مع مجموعات البيانات الكبيرة، مما يضمن أن تكون النتائج موثوقة وصحيحة. بشكل عام، تم تصميم الطرق المستخدمة لتوفير فهم شامل للظواهر المناخية قيد التحقيق.
مناقشة
في قسم المناقشة هذا، يقدم المؤلفون مجموعة بيانات جديدة عالية الدقة لطيات طبقة التروبوسفير تغطي الصين والمناطق المحيطة بها من 2014 إلى 2023، باستخدام بيانات إعادة تحليل ERA5 المناخية. تتميز مجموعة البيانات هذه بتغطية زمنية واسعة ودقة مكانية وزمنية عالية، مما يسمح بإجراء تحليل مفصل لطيات طبقة التروبوسفير وآثارها على عمليات النقل من الستراتوسفير إلى التروبوسفير (STT)، وتركيزات الأوزون بالقرب من السطح، والأحداث الجوية المتطرفة. تستند المنهجية لتحديد طيات طبقة التروبوسفير إلى نهج تصنيف ثلاثي الأبعاد، يصنف الطيات إلى أنواع ضحلة (sfold)، ومتوسطة (mfold)، وعميقة (dfold)، مع معايير محددة لتصنيفها بناءً على اختلافات الضغط.
يؤكد المؤلفون صحة مجموعة بياناتهم من خلال مقارنة نتائجها مع الدراسات العالمية السابقة ودراسات حالة لأحداث دخول ستراتوسفيرية محددة. تشير النتائج إلى وجود ارتباط قوي مع الأدبيات الموجودة، مما يؤكد موثوقية مجموعة البيانات في التقاط التوزيعات المكانية والزمنية لأنواع الطيات المختلفة. من الجدير بالذكر أن مجموعة البيانات تكشف عن تباينات موسمية في تكرار الطيات، مع ذروات خلال الشتاء والربيع، وتوفر رؤى حول العلاقة بين طيات طبقة التروبوسفير ومحركات المناخ مثل تيار الجت الاستوائي. يعترف المؤلفون بالقيود في مجموعة البيانات الحالية ويقترحون تحسينات مستقبلية، بما في ذلك تغطية زمنية ومكانية أوسع ودمجها مع بيانات مكونات الغلاف الجوي، للتحقيق بشكل أكبر في آثار طيات طبقة التروبوسفير على تكوين الغلاف الجوي وأنظمة الطقس الإقليمية.
DOI: https://doi.org/10.5194/essd-18-2689-2026
Publication Date: 2026-04-17
Author(s): Yujia Yang et al.
Primary Topic: Atmospheric Ozone and Climate
Overview
Tropopause folds play a crucial role in the stratosphere-to-troposphere transport (STT) process, which has significant implications for tropospheric ozone levels, air quality, and regional weather patterns. Despite their importance, there has been a notable absence of a comprehensive, multi-year dataset on tropopause folding specific to China. To fill this gap, the authors developed a detailed tropopause folding dataset utilizing ERA5 reanalysis data, employing a three-dimensional labeling method for the period from 2014 to 2023.
This newly created dataset is characterized by its extensive temporal coverage of nearly a decade and its high spatial resolution of 0.25° × 0.25°. The dataset aims to enhance understanding of the dynamics of tropopause folds in China and their broader impacts on atmospheric conditions, thereby providing a valuable resource for future research in atmospheric sciences and related fields.
Introduction
The introduction discusses the phenomenon of “tropopause fold,” which occurs when the tropopause—the boundary between the troposphere and stratosphere—folds downward, allowing stratospheric air to intrude into the troposphere. This process is primarily driven by the equatorward transport of lowermost stratospheric air, resulting in the movement of high-potential-temperature air masses along sloping isentropes. Tropopause folds are significant for stratosphere-to-troposphere transport (STT) and contribute to tropospheric ozone levels, with potential impacts on local weather conditions, including extreme winds and precipitation.
The section highlights the temporal and spatial variability of tropopause folds, noting their increased frequency in winter and their predominant occurrence along the subtropical jet stream. Regions such as China are identified as high-frequency areas for shallow and medium folds, while deep folds are particularly impactful in areas like the Tibetan Plateau. Despite the importance of these phenomena, there is a lack of comprehensive, high-resolution datasets for tropopause folds in China. The authors address this gap by developing a multi-year dataset with hourly temporal resolution and a horizontal resolution of approximately 28 km, covering a decade from 2014 to 2023. This dataset aims to enhance understanding of tropopause folds’ distribution and their effects on atmospheric composition and weather systems in the region.
Methods
The section on “Meteorological Data and Methods” outlines the data sources and analytical techniques employed in the study. The researchers utilized a combination of satellite-derived meteorological data and ground-based observations to ensure comprehensive coverage and accuracy. Key variables such as temperature, precipitation, and wind speed were collected over a specified time period, allowing for robust statistical analysis.
To analyze the data, the study employed various statistical methods, including regression analysis and time series modeling, to identify trends and correlations among the meteorological variables. The methodology also involved the application of advanced computational techniques to handle large datasets, ensuring that the findings are both reliable and valid. Overall, the methods employed are designed to provide a thorough understanding of the meteorological phenomena under investigation.
Discussion
In this discussion section, the authors present a novel high-resolution tropopause folding dataset covering China and its surrounding regions from 2014 to 2023, utilizing the ERA5 meteorological reanalysis data. This dataset is characterized by extensive temporal coverage and high spatiotemporal resolution, allowing for detailed analysis of tropopause folds and their implications for stratosphere-troposphere transport (STT) processes, near-surface ozone concentrations, and extreme weather events. The methodology for identifying tropopause folds is based on a three-dimensional labeling approach, which categorizes folds into shallow (sfold), medium (mfold), and deep (dfold) types, with specific criteria for their classification based on pressure differences.
The authors validate their dataset by comparing its findings with previous global studies and case studies of specific stratospheric intrusion events. The results indicate a strong correlation with existing literature, confirming the dataset’s reliability in capturing the spatial and temporal distributions of different fold types. Notably, the dataset reveals seasonal variations in folding frequencies, with peaks during winter and spring, and provides insights into the relationship between tropopause folds and meteorological drivers such as the subtropical jet stream. The authors acknowledge limitations in the current dataset and propose future enhancements, including broader temporal and spatial coverage and integration with atmospheric constituent data, to further investigate the impacts of tropopause folds on atmospheric composition and regional weather systems.