【摘要】：本文利用美國國家大氣研究中心(NCAR)的最新版本的氣候模式CAM5研究了人為氣溶膠排放增加對東亞氣候的影響。CAM5包含了氣溶膠的直接效應(yīng)、間接效應(yīng)和半直接效應(yīng)。本文設(shè)計(jì)了五組平行試驗(yàn)。每組試驗(yàn)使用不同的排放源,而其強(qiáng)迫(溫室氣體,海溫)保持不變。PD試驗(yàn)的所有氣溶膠成分均采用2000年的排放源,而PI試驗(yàn)均采用1850的排放源,兩組試驗(yàn)的差表示人為氣溶膠的影響。本文還進(jìn)行了三組敏感性試驗(yàn),分別把PD試驗(yàn)中的硫酸鹽,黑碳和一次有機(jī)碳?xì)馊苣z的排放源調(diào)整到1850年,他們和PD試驗(yàn)的差,表示三種不同成分人為氣溶膠的氣候效應(yīng)。通過這五組試驗(yàn),可以研究人為氣溶膠對氣候的影響以及不同氣溶膠成分的貢獻(xiàn)差異。本文分析了人為氣溶膠對東亞夏季風(fēng)、東亞冬季風(fēng)、東亞春季環(huán)流和降水的影響,并討論了各種人為氣溶膠成分的貢獻(xiàn)。本文仔細(xì)對比了人為氣溶膠氣候效應(yīng)隨季節(jié)的變化,并分析了變化的可能原因。本文還分析了人為氣溶膠對中國東部氣候影響的逐月演變規(guī)律,發(fā)現(xiàn)了人為氣溶膠、其輻射效應(yīng)和其對云、降水環(huán)流的影響隨著季節(jié)移動(dòng)有一個(gè)一致協(xié)同的關(guān)系。論文的主要結(jié)論如下： (1)人為氣溶膠的直接效應(yīng)和間接效應(yīng)共同作用會(huì)減少夏季中國北方的降水,增加中國南方和附近海洋上的降水,減弱東亞夏季風(fēng)環(huán)流,減弱海洋和大陸之間的海陸熱力對比。 夏季人為硫酸鹽和有機(jī)碳?xì)馊苣z會(huì)通過直接效應(yīng)(反射短波輻射)和間接效應(yīng)(增強(qiáng)云的液態(tài)水路徑和云的短波輻射強(qiáng)迫)減少到達(dá)地表的短波輻射。而人為黑碳?xì)馊苣z的吸收效應(yīng)會(huì)減少地表的短波輻射并增加大氣中的短波輻射。地表短波輻射減少使中國的北方的溫度下降超過1K。邊界層的垂直感熱輸送加熱減少和低層大氣的短波輻射加熱增加會(huì)使得對流層變的更加穩(wěn)定,不利于北方對流活動(dòng)的發(fā)生。北方凝結(jié)潛熱釋放因?yàn)閷α鞯囊种贫鴾p少,會(huì)使降低中國北方整個(gè)對流層的溫度,減小海陸熱力梯度對比。海陸熱力對比的減小,將會(huì)減弱東亞夏季風(fēng)的環(huán)流,減少向北方的水汽輸送,使得中國南方和附近海洋上的降水增加。而南方降水的增加會(huì)增加中國南方和南部海洋上的溫度,這樣海陸熱力會(huì)進(jìn)一步減小,進(jìn)一步減弱季風(fēng)環(huán)流。 (2)人為氣溶膠會(huì)減弱東亞冬季風(fēng)環(huán)流,不利于冷空氣的南下,減弱低層的西北風(fēng)。人為黑碳?xì)馊苣z會(huì)減小青藏高原積雪反照率,高原地表溫度的升高是冬季風(fēng)減弱的主要原因。而硫酸鹽和有機(jī)碳?xì)馊苣z引起的中國南方的云滴數(shù)濃度增加和云滴有效半徑減小會(huì)減少中國南方地區(qū)的大尺度降水。 冬季的人為氣溶膠主要分布在30°N以南地區(qū),使得中國南方的云滴數(shù)濃度增加,云滴有效半徑減小,液態(tài)水路徑增加,大尺度降水顯著減少。硫酸鹽和有機(jī)碳?xì)馊苣z起到了主要貢獻(xiàn),而它們混合后對云和降水的影響要顯著的增強(qiáng),并不是一個(gè)線性的相加。而所有人為氣溶膠會(huì)減弱中國東部低層的西北風(fēng)和地表的冷高壓,但是硫酸鹽和有機(jī)碳并沒有給出類似的信號。人為黑碳?xì)馊苣z會(huì)使青藏高原地表溫度升高超過2K,而這個(gè)變暖從前一年的十一月到次年的四月。這個(gè)增暖將減弱東季風(fēng)環(huán)流。低層西北風(fēng)的減弱將不利于冷空氣南下,造成中國北方的對流層的顯著降溫,而南方的降溫則不明顯。所有人為氣溶膠對環(huán)流和溫度分布的影響和黑碳?xì)馊苣z類似,而硫酸鹽和有機(jī)碳在中國的南方對降水的抑制也起到了重要的作用。 (3)春季人為氣溶膠會(huì)減少南方的降水,在中國南方產(chǎn)生一個(gè)反氣旋的環(huán)流異常。這個(gè)響應(yīng)會(huì)增強(qiáng)中國的東部低層的西南風(fēng),增強(qiáng)向北方的水汽輸送,增加中國北方的降水。 春季的人為氣溶膠的分布仍然在中國的南方比較顯著,它的直接效應(yīng)使南方地表的短波輻射減少了9到18Wm-2,減少最明顯的地區(qū)于出現(xiàn)在中南半島北部。而人為氣溶膠的對云的影響產(chǎn)生的短波輻射變化超過了直接效應(yīng)的影響,云短波輻射強(qiáng)迫的變化在長江流域的增強(qiáng)(負(fù)絕對值更大)超過25W m-2。地表短波輻射的減少會(huì)減低地表溫度,最大的降溫也出現(xiàn)在長江流域,超過1.5K°而云的液態(tài)水路徑在長江以南顯著增加(超過90g m-2),這將抑制云水向雨水的轉(zhuǎn)換,減少大尺度降水的發(fā)生。而對流性降水也會(huì)因?yàn)榈乇淼臏囟冉档投鴾p少。南方降水的減少會(huì)引起的一個(gè)反氣旋環(huán)流的異常,增強(qiáng)中國東部的西南風(fēng),增強(qiáng)向北方的水汽輸送,增加中國北方的降水。春季的降水形態(tài)是一個(gè)北方降水增加南方降水減少的分布。 (4)人為氣溶膠的直接效應(yīng)在春季和夏季最為顯著,夏季的大值中心在中國的北方,而春季的大值中心在中國的南方。而間接效應(yīng)在春季最為顯著。從二月到八月,人為氣溶膠的光學(xué)厚度,輻射變化和氣候響應(yīng)有一個(gè)逐漸北移的趨勢,而從九月到十二月又會(huì)逐漸的南撤。氣溶膠分布、輻射效應(yīng)和對云和降水的影響的一致變化趨勢,是人為氣溶膠對東亞氣候影響的直接證據(jù)。 人為氣溶膠引起的可見光光學(xué)厚度、晴空短波輻射變化均在春夏季最大,而春季大值中心在中國的南方(25°N)附近,而夏季的大值中心在中國的北方(35°N附近)。850hPa云滴數(shù)濃度和云滴有效半徑的變化在冬季和春季比較顯著,而最大的云的液態(tài)水路徑和短波輻射強(qiáng)迫的變化發(fā)生在春季。人為氣溶膠的可見光光學(xué)厚度、地表和大氣中的晴空短波輻射變化的大值中興在2到8月問從25°N向北移動(dòng)到38°N,強(qiáng)度先減弱在增強(qiáng)。云滴數(shù)濃度和云滴有效半徑的變化,在全年中是一個(gè)兩極型的分布,在夏半年(五到九月)較弱,而在冬半年(十月到次年四月較強(qiáng))。云的液態(tài)水路徑和云短波輻射強(qiáng)迫的變化則有從春到夏的向北傳播的趨勢,但是夏季的強(qiáng)度要弱于春季。人為氣溶膠引起的地表溫度,地表熱通量,大尺度降水,對流性降水變化均有一個(gè)北傳的信號。
【學(xué)位授予單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：X513;P461

【參考文獻(xiàn)】

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