气溶胶的有效辐射强迫及对全球气候特别是地表干旱程度的影响研究
发布时间：2020-08-02 20:16
【摘要】：气溶胶通过自身的光学性质和通过改变云的性质,对气候的影响越来越受国内外研究学者的关注。然而目前气溶胶依然是气候变化研究中最大的不确定性因素,不确定性主要来源于对气溶胶-云相互作用的认识尚不全面。在实际研究中,传统的辐射强迫概念不利于降低气溶胶辐射强迫的不确定性,而且在预测长期气候变化上并不具有优势。因此,本文利用加入了气溶胶-云相互作用模块的国家气候中心气溶胶-气候耦合模式BCC AGCM2.0.1_CUACE/Aero,在IPCC AR5新定义的有效辐射强迫(ERF)的概念下重新讨论了人为气溶胶的辐射强迫。另外,在研究了气溶胶对全球温度、云、环流和降水影响的基础上,进一步讨论了气溶胶对全球地表干旱程度和干旱、半干旱地区范围的影响。主要结论如下：(1)1850-2010年总人为气溶胶的ERF为-2.49 W m-2,其中气溶胶-辐射相互作用的有效辐射强迫(ERFari)为-0.30Wm-2,气溶胶-云相互作用的有效辐射强迫(ERFaci)为-2.19Wm-2。硫酸盐(SF)、黑碳(BC)和有机气溶胶(OA)的ERF分别为-2.37、0.12和-0.31Wm-2.1850-2010年总人为气溶胶造成的全球平均温度和降水变化分别为-2.53 K和-0.20 mm day-1;2010-2100年(根据RCP4.5排放路径)总人为气溶胶造成的全球平均温度和降水变化分别为2.06 K和016 mmday-1。总人为气溶胶造成的温度响应主要发生在北半球中、高纬度,而ITCZ的降水中心总是移向相对较暖的半球一侧。(2)1850-2010年总人为气溶胶造成陆地平均降水减少0.18 mm day-1,造成陆地平均参考蒸散ET0(代表地表蒸发与蒸腾的潜力)降低0-35mm day-1,因过分抑制地表对水分的需求而不会造成陆地整体地表干旱程度增加和干旱、半干旱区范围扩张。但对东亚、南亚和北美地区来说,减排人为气溶胶对防止干旱、半干旱区扩张依然非常重要。(3)在三种人为气溶胶中,SF对地表干旱程度和干旱、半干旱区范围的影响最重要。SF和OA可以通过降低地表温度、减少地表有效能量和增加近地面相对湿度造成ET0降低,因而不会造成陆地整体地表干旱程度增加和干旱、半干旱区范围扩张,但有可能造成北非干旱、半干旱区南移和东亚、南亚等地区干旱、半干旱区范围增加。BC可以造成地表温度增加,但同时造成地表有效能量减少,对ET0的影响取决于以上两个变量的相对变化。BC可能会造成全球干旱、半干旱地区范围扩张,尤其是在中亚。(4)沙尘是一种与干旱气候联系紧密的自然气溶胶,它的排放受干旱、半干旱地区气候的影响,反过来又影响干旱、半干旱地区气候。以散射性为主的沙尘在减少降水的同时,更多地抵制了ET0,从而对干旱气候产生负反馈作用。与SF和OA不同,沙尘气溶胶主要通过减少地表有效能量降低陆地平均ET0。
【学位授予单位】：中国气象科学研究院
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：X513;P461
【图文】：
１．４关于地表干旱程度的研究进展逡逑从上节可＾１？发现，目前绝大部分针对气溶胶气候效应的研究归结点是降水，而气溶逡逑胶对地表干旱程度的影响极少被提及或用降水变化来代替。图１．１引自Ｈｕｌｍｅ邋（１９９６），逡逑显示了邋２０世纪中亚和东亚干旱地区年平均温度和年降水量的时间序列。如果不考虑两逡逑个地区明显的升温趋势而单从降水变化来看，很容易得出这两个地区没有发生明显的干逡逑旱加重的结论。但是一个人即便携带同量的水，在穿越炎热的沙漠和温暖的森林时所体逡逑会的感受一定是不一样的。同样的道理，降水变化也不能全面反映一个地区干旱或湿润逡逑程度的变化，这也是研究气溶胶对地表干旱程度影响的出发点。逡逑地表是连接大气与±壤的界面（Ｆｒａｅｄｒｋｈ＆Ｓｉｅｌｍａｎｎ，邋２０１１），地表水分平衡的变逡逑化在很大程度上与±壤干湿变化是错合的，这就为我们通过研究地表水分收支变化探究逡逑一个地区干湿变化提供了方便。实事上，关于温室气体对地表干旱程度的影响研究己经逡逑开展。Ｅｍａｎｕｅｌ邋ｅｔａｌ．邋（１９８５）邋霍尔德里奇生命区（Ｈｏｌｄｒｉｄｇｅ
ｉ３７Ｃｓ主要附着于硫酸盐气溶胶而重复了硫酸盐气溶胶在大气中的生命过程，而ｉ３３Ｘｅ却逡逑是一种惰性气体，不参与物理和化学转化，两种气体浓度的比值在大气中随时间的变化逡逑可Ｗ大概反映出硫酸盐气溶胶在大气中的停留时间（Ｋｒｉｓｔｉａｎｓｅｎ邋ｅｔ邋ａｌ．邋２０１２）。如图２．２逡逑所示，ＢＣＣ＿ＡＧＣＭ２．０．１＿ＣＵＡＣＥ／Ａｅｒｏ模拟的硫酸盐气溶胶在大气中的停留时间约为逡逑１１．５天左右，与观测结果得到的１２．８天非常接近，而参与比较的１９个模式得到的硫酸逡逑盐气溶胶生命时间的中值为８．９±４．７天（Ｋｒｉｓｔｉａｎｓｅｎ邋ｅｔａｌ．邋２０１５，待投稿）。众所周知，逡逑硫酸盐是最重要的人为气溶胶，在大气中的含量最多，且具有很好的吸湿性，可作为逡逑云滴凝结核和冰核影响云的性质，在很大程度上决定了人为气溶胶整体的福射强迫和气逡逑候效应。因此，对硫酸盐在大气中停留时间模拟的好坏直接影响到对人为气溶胶整体气逡逑候影响的模拟效果。逡逑Ｗａｎｇ邋ｅｔａｌ．邋（２０１４）在邋ＢＣＣ＿ＡＧＣＭ２．０．１＿ＣＵＡＣＥ／Ａｅｒｏ邋中加入了双参数云微物理过逡逑程，而么前ＢＣＣ＿ＡＧＣＭ２．０．１＿ＣＵＡＣＥ／Ａｅｒｏ采用的是单参数的云微物理方案。两者的区逡逑别在于前者可Ｗ根据在线模拟的气溶胶质量浓度和数浓度预报云滴和冰粒子的质量浓逡逑度、数浓度与有效半径（Ｍｏｒｒｉｓｏｎ邋ａｎｄ邋Ｇｅｔｔｅｌｍａｎ
邋Ｉ邋Ｉ邋１邋Ｉ邋Ｉ邋Ｉ邋１邋Ｉ逡逑ＪＡＮ邋ＦＥＢ邋ＭＡＲ邋ＡＰＲ邋ＭＡＹ邋ＪＵＮ邋ＪＵＬ邋ＡＵＯ邋ＳＥＰ邋ＯＣＴ邋ＮＯＶ邋ＤＥＣ逡逑图２．１，在阿姆斯特丹岛站（７７．６°邋Ｅ，３７．８°邋Ｓ），ＢＣＣ＿ＡＧＣＭ＿ＣＵＡＣＥ／Ａｅｒｏ模拟的（短划线）和由逡逑ＭＡＴＣＨ气溶胶资料模拟的（虚线）Ａ０Ｄ与ＡＥＲＯＮＥＴ观测结果（实线，误差棒代表观测结果的标逡逑准差）的对比。来自赵树云等（２０１４）的图３。逡逑最近一次参与ＡｅｒｏＣｏｍ比较试验是利用福岛核电站排放的两种放射性气体＂７Ｃｓ逡逑与ｉ３３Ｘｅ在大气中的演化探讨硫酸盐气溶胶在大气中的停留时间。其原理是：在大气中逡逑ｉ３７Ｃｓ主要附着于硫酸盐气溶胶而重复了硫酸盐气溶胶在大气中的生命过程，而ｉ３３Ｘｅ却逡逑是一种惰性气体，不参与物理和化学转化，两种气体浓度的比值在大气中随时间的变化逡逑可Ｗ大概反映出硫酸盐气溶胶在大气中的停留时间（Ｋｒｉｓｔｉａｎｓｅｎ邋ｅｔ邋ａｌ．邋２０１２）。如图２．２逡逑所示，ＢＣＣ＿ＡＧＣＭ２．０．１＿ＣＵＡＣＥ／Ａｅｒｏ模拟的硫酸盐气溶胶在大气中的停留时间约为逡逑１１．５天左右，与观测结果得到的１２．８天非常接近，而参与比较的１９个模式得到的硫酸逡逑盐气溶胶生命时间的中值为８．９±４．７天（Ｋｒｉｓｔｉａｎｓｅｎ邋ｅｔａｌ．邋２０１５，待投稿）。众所周知，逡逑硫酸盐是最重要的人为气溶胶，在大气中的含量最多，且具有很好的吸湿性，可作为逡逑云滴凝结核和冰核影响云的性质
本文编号：2779009
【学位授予单位】：中国气象科学研究院
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：X513;P461
【图文】：
１．４关于地表干旱程度的研究进展逡逑从上节可＾１？发现，目前绝大部分针对气溶胶气候效应的研究归结点是降水，而气溶逡逑胶对地表干旱程度的影响极少被提及或用降水变化来代替。图１．１引自Ｈｕｌｍｅ邋（１９９６），逡逑显示了邋２０世纪中亚和东亚干旱地区年平均温度和年降水量的时间序列。如果不考虑两逡逑个地区明显的升温趋势而单从降水变化来看，很容易得出这两个地区没有发生明显的干逡逑旱加重的结论。但是一个人即便携带同量的水，在穿越炎热的沙漠和温暖的森林时所体逡逑会的感受一定是不一样的。同样的道理，降水变化也不能全面反映一个地区干旱或湿润逡逑程度的变化，这也是研究气溶胶对地表干旱程度影响的出发点。逡逑地表是连接大气与±壤的界面（Ｆｒａｅｄｒｋｈ＆Ｓｉｅｌｍａｎｎ，邋２０１１），地表水分平衡的变逡逑化在很大程度上与±壤干湿变化是错合的，这就为我们通过研究地表水分收支变化探究逡逑一个地区干湿变化提供了方便。实事上，关于温室气体对地表干旱程度的影响研究己经逡逑开展。Ｅｍａｎｕｅｌ邋ｅｔａｌ．邋（１９８５）邋霍尔德里奇生命区（Ｈｏｌｄｒｉｄｇｅ
ｉ３７Ｃｓ主要附着于硫酸盐气溶胶而重复了硫酸盐气溶胶在大气中的生命过程，而ｉ３３Ｘｅ却逡逑是一种惰性气体，不参与物理和化学转化，两种气体浓度的比值在大气中随时间的变化逡逑可Ｗ大概反映出硫酸盐气溶胶在大气中的停留时间（Ｋｒｉｓｔｉａｎｓｅｎ邋ｅｔ邋ａｌ．邋２０１２）。如图２．２逡逑所示，ＢＣＣ＿ＡＧＣＭ２．０．１＿ＣＵＡＣＥ／Ａｅｒｏ模拟的硫酸盐气溶胶在大气中的停留时间约为逡逑１１．５天左右，与观测结果得到的１２．８天非常接近，而参与比较的１９个模式得到的硫酸逡逑盐气溶胶生命时间的中值为８．９±４．７天（Ｋｒｉｓｔｉａｎｓｅｎ邋ｅｔａｌ．邋２０１５，待投稿）。众所周知，逡逑硫酸盐是最重要的人为气溶胶，在大气中的含量最多，且具有很好的吸湿性，可作为逡逑云滴凝结核和冰核影响云的性质，在很大程度上决定了人为气溶胶整体的福射强迫和气逡逑候效应。因此，对硫酸盐在大气中停留时间模拟的好坏直接影响到对人为气溶胶整体气逡逑候影响的模拟效果。逡逑Ｗａｎｇ邋ｅｔａｌ．邋（２０１４）在邋ＢＣＣ＿ＡＧＣＭ２．０．１＿ＣＵＡＣＥ／Ａｅｒｏ邋中加入了双参数云微物理过逡逑程，而么前ＢＣＣ＿ＡＧＣＭ２．０．１＿ＣＵＡＣＥ／Ａｅｒｏ采用的是单参数的云微物理方案。两者的区逡逑别在于前者可Ｗ根据在线模拟的气溶胶质量浓度和数浓度预报云滴和冰粒子的质量浓逡逑度、数浓度与有效半径（Ｍｏｒｒｉｓｏｎ邋ａｎｄ邋Ｇｅｔｔｅｌｍａｎ
邋Ｉ邋Ｉ邋１邋Ｉ邋Ｉ邋Ｉ邋１邋Ｉ逡逑ＪＡＮ邋ＦＥＢ邋ＭＡＲ邋ＡＰＲ邋ＭＡＹ邋ＪＵＮ邋ＪＵＬ邋ＡＵＯ邋ＳＥＰ邋ＯＣＴ邋ＮＯＶ邋ＤＥＣ逡逑图２．１，在阿姆斯特丹岛站（７７．６°邋Ｅ，３７．８°邋Ｓ），ＢＣＣ＿ＡＧＣＭ＿ＣＵＡＣＥ／Ａｅｒｏ模拟的（短划线）和由逡逑ＭＡＴＣＨ气溶胶资料模拟的（虚线）Ａ０Ｄ与ＡＥＲＯＮＥＴ观测结果（实线，误差棒代表观测结果的标逡逑准差）的对比。来自赵树云等（２０１４）的图３。逡逑最近一次参与ＡｅｒｏＣｏｍ比较试验是利用福岛核电站排放的两种放射性气体＂７Ｃｓ逡逑与ｉ３３Ｘｅ在大气中的演化探讨硫酸盐气溶胶在大气中的停留时间。其原理是：在大气中逡逑ｉ３７Ｃｓ主要附着于硫酸盐气溶胶而重复了硫酸盐气溶胶在大气中的生命过程，而ｉ３３Ｘｅ却逡逑是一种惰性气体，不参与物理和化学转化，两种气体浓度的比值在大气中随时间的变化逡逑可Ｗ大概反映出硫酸盐气溶胶在大气中的停留时间（Ｋｒｉｓｔｉａｎｓｅｎ邋ｅｔ邋ａｌ．邋２０１２）。如图２．２逡逑所示，ＢＣＣ＿ＡＧＣＭ２．０．１＿ＣＵＡＣＥ／Ａｅｒｏ模拟的硫酸盐气溶胶在大气中的停留时间约为逡逑１１．５天左右，与观测结果得到的１２．８天非常接近，而参与比较的１９个模式得到的硫酸逡逑盐气溶胶生命时间的中值为８．９±４．７天（Ｋｒｉｓｔｉａｎｓｅｎ邋ｅｔａｌ．邋２０１５，待投稿）。众所周知，逡逑硫酸盐是最重要的人为气溶胶，在大气中的含量最多，且具有很好的吸湿性，可作为逡逑云滴凝结核和冰核影响云的性质
【参考文献】
相关期刊论文 前1条
1 陈明诚;孙照渤;沈新勇;王勇;吉振明;;近22a人为气溶胶对东亚地区夏季风环流影响的数值模拟研究[J];大气科学学报;2014年04期
本文编号：2779009
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