【摘要】：本文使用美國NCAR大氣環(huán)流模式Community Atmosphere Model(CAM5.1)研究中國東部城市下墊面變化和人為氣溶膠排放對東亞季風(fēng)的影響,評估模式控制試驗(yàn)對東亞地區(qū)夏季和冬季氣溫、降水、環(huán)流氣候態(tài)的模擬情況,在此基礎(chǔ)上分別探討城市下墊面變化/人為氣溶膠造成的夏季和冬季氣溫、降水、地表能量平衡的改變,并深入分析東亞季風(fēng)變化的詳細(xì)物理機(jī)制。通過不同初值的集合試驗(yàn)以及不同海表溫度背景試驗(yàn)增強(qiáng)城市下墊面變化試驗(yàn)結(jié)果的可信度,并討論中國東部城市下墊面變化影響季風(fēng)的關(guān)鍵區(qū),得到的主要結(jié)論如下:(1)通過對比有無城市下墊面的試驗(yàn)結(jié)果研究城市下墊面變化對東亞夏季氣候的影響,模擬結(jié)果表明城市下墊面發(fā)展有利于中國夏季東部氣溫北增南減,降水呈現(xiàn)“南澇北旱”的差值分布。敏感性試驗(yàn)結(jié)果表明,中國東部城市群發(fā)展導(dǎo)致的拖曳作用減弱對流層低層的西南季風(fēng)氣流,南海輻合上升運(yùn)動(dòng)增強(qiáng),并伴隨著潛熱、云量、降水的增加以及對流層高層異常輻散,導(dǎo)致其北30°N和50°N出現(xiàn)下沉差值氣流,在云量減少、異常干絕熱加熱率增加以及南風(fēng)差值氣流的平流加熱作用共同影響下,中國北方對流層大氣出現(xiàn)中心位于蒙古的強(qiáng)大暖性高壓異常,東亞西風(fēng)急流減弱南移,東亞夏季風(fēng)減弱。(2)基于有無人為氣溶膠排放的試驗(yàn)結(jié)果研究人為氣溶膠排放對東亞夏季氣候的影響,模擬結(jié)果表明人為氣溶膠排放增加帶來中國東部地表和對流層氣溫降低,降水同樣呈現(xiàn)“南澇北旱”空間分布。對比人為氣溶膠的直接效應(yīng)和云物理過程對地表氣溫和短波輻射的影響,北方大氣主要受到氣溶膠直接輻射效應(yīng)影響,而南方大氣同時(shí)受到直接輻射效應(yīng)和大氣環(huán)流調(diào)整所引發(fā)的云量變化的影響,導(dǎo)致地表氣溫異常中心偏南。分析環(huán)流變化的物理機(jī)制發(fā)現(xiàn)氣溶膠輻射效應(yīng)引起中國東部氣溫降低,空氣在對流層低層堆積,中國東部海平面氣壓顯著上升,導(dǎo)致東亞夏季風(fēng)環(huán)流減弱。(3)利用有無城市下墊面的試驗(yàn)研究其對東亞冬季氣候的影響,模擬結(jié)果表明城市下墊面發(fā)展會引發(fā)中國東部廣大區(qū)域氣溫增加,同時(shí)中國東部降水顯著增加,而西部降水變化不明顯。分析城市下墊面變化影響冬季風(fēng)的物理機(jī)制,發(fā)現(xiàn)中國東部城市群發(fā)展造成的增暖導(dǎo)致中國東部大陸和南海的海陸熱力對比減小,青藏高原南部至中南半島的地表平流加熱率增加,青藏高原作為高空差值熱源通過異常暖平流加熱下游中國東部大氣,30N°附近對流層位勢高度增加,抑制北方冷空氣南下,冬季風(fēng)強(qiáng)度減弱。通過對比有無人為氣溶膠的試驗(yàn)研究其對東亞冬季氣候的影響,結(jié)果表明冬季中國東部絕大部分地區(qū)氣溫下降,而青藏高原南部和東部、蒙古高原氣溫上升明顯。華西和華南地區(qū)降水減少,而中國東部降水變化不明顯。分析人為氣溶膠影響冬季環(huán)流的物理機(jī)制,發(fā)現(xiàn)黑碳?xì)馊苣z沉降到青藏高原積雪上之后,會導(dǎo)致青藏高原氣溫明顯增加,配合對流層中層的差值環(huán)流形勢加熱下游大氣。中國東部850 hPa以上對流層位勢高度增加,不利于北方冷空氣南下,東亞冬季風(fēng)減弱。(4)使用不同初值的集合試驗(yàn)和不同海表溫度背景試驗(yàn)研究中國東部城市下墊面變化對夏季風(fēng)影響試驗(yàn)的不確定性,發(fā)現(xiàn)兩組試驗(yàn)差值場同樣表現(xiàn)出長江以北大部分地區(qū)氣溫增加、降水“南澇北旱”的空間分布。這些結(jié)論可增強(qiáng)城市下墊面變化試驗(yàn)結(jié)果的可信度。研究中國東部城市下墊面變化影響夏季風(fēng)的關(guān)鍵區(qū),發(fā)現(xiàn)30-40°N關(guān)鍵區(qū)城市下墊面變化試驗(yàn)氣溫、降水和環(huán)流的差值場和中國東部城市下墊面變化試驗(yàn)的差值場較為一致,說明30-40°N地區(qū)是中國東部城市下墊面變化影響東亞夏季風(fēng)的關(guān)鍵區(qū)。
【圖文】：

熱量對大氣的加熱作用。逡逑圖２．１陸面模式子網(wǎng)格城市單位的結(jié)構(gòu)分布逡逑陸面模式網(wǎng)格由多種陸地單元組成以模擬陸地表面的空間不均一性（圖２．１）。模式逡逑所需要的全球當(dāng)前城市類型與結(jié)構(gòu)屬性數(shù)據(jù)集來自Ｊａｃｋｓｏｎｅｔａｌ．邋（２０１０）。城市類型分為逡逑４類：高建筑區(qū)、高密度區(qū)、中密度區(qū)、低密度區(qū)，反演自ＬａｎｄＳｃａｎ邋２００４。人口密度逡逑數(shù)據(jù)集來自人口普查、衛(wèi)星觀測的夜間燈光數(shù)據(jù)等（Ｄｏｂｓｏｎ邋ｅｔａｌ．，２０００）。逡逑模式給出了全球３３個(gè)地區(qū)４類城市類型熱力（如：熱容量、熱傳導(dǎo)率）、輻射（如：逡逑反照率、排放）、屋頂／墻面／路的形態(tài)學(xué)（如：建筑物高寬比、屋頂大小、平均建筑高度、逡逑建筑可透水表面的比例）屬性（Ｊａｃｋｓｏｎ邋ｅｔａｌ．，２０１０）。參數(shù)化方案對屋頂、墻面（陰面、逡逑２３逡逑

逡逑陽面）、地面（透水、不透水）陸氣動(dòng)量、熱量、水汽交換進(jìn)行合理的模擬（圖２．２）。逡逑屋頊逡逑八逡逑．１邐Ｈ逡逑Ｓ＊陽面＊邐畫墻Ｓｆ１逡逑邐邐邐邐邐邋Ｖ逡逑．邋二逡逑！ｒｉ＾）ｃｒｖｋ＞ｍ邋＂邋ｌ＾ｒｖｌｏ＾邋透水逡逑Ｃ邋棚邋ｊｗｉ邋Ｆｔｏｒ逡逑？邐Ｗ邐＞逡逑圖２．２陸面模式中對城市峽谷的描述示意圖逡逑２．３氣溶膠參數(shù)化方案介紹逡逑ＣＡＭ５．１氣溶膠參數(shù)化方案包含ＭＯＺＡＲＴ模塊，這是一個(gè)對流層化學(xué)模塊，涉及逡逑９８種氣體，４０個(gè)光化學(xué)反應(yīng)及１６３個(gè)氣相化學(xué)反應(yīng)（Ｅ＿0ｎｓ，２０１０）。ＭＯＺＡＲＴ采用逡逑的氣溶膠分類方案，模擬硫酸鹽、黑碳、一次有機(jī)碳、二次有機(jī)碳、硝酸鹽的質(zhì)量濃度，逡逑幾種氣溶膠均假設(shè)外部混合，，并有各自的物理參數(shù)設(shè)置。硫酸鹽氣溶膠由前體物與ｓｏ２逡逑的排放與氧化所產(chǎn)生，黑碳?xì)馊苣z與一次有機(jī)碳?xì)馊苣z則分為疏水與親水的混合排放，逡逑模式中設(shè)置了這兩種氣溶膠由疏水向親水的轉(zhuǎn)化率，轉(zhuǎn)化周期為１．６天。二次有機(jī)碳?xì)忮义先苣z的產(chǎn)生是氣相化學(xué)過程，由甲苯等揮發(fā)性有機(jī)物氧化所決定。硝酸銨則是由氨氣的逡逑排放所決定。逡逑凝結(jié)相包括氣溶膠、云滴、水凝物、冰粒子
【學(xué)位授予單位】：南京信息工程大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：P425.42

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2 王騰蛟;張鐳;張博凱;曹賢潔;王宏斌;;城市下墊面對河谷城市蘭州冬季熱島效應(yīng)及邊界層結(jié)構(gòu)的影響[J];氣象學(xué)報(bào);2013年06期

3 王麗萍;;城市下墊面對微氣候影響研究[J];現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科學(xué);2009年06期

4 朱寬廣;謝e

本文編號：2691921