【摘要】：自工業(yè)革命以來,人類活動向大氣中排放了大量二氧化碳(CO2)。CO2濃度迅速增加是全球變暖的主要原因。當前全球范圍內(nèi)減排措施仍然面臨非常大的挑戰(zhàn)。為了減緩和抑制全球變暖的不利影響,科學家們提出了通過影響氣候系統(tǒng)能量平衡過程給地球降溫的地球工程方法。本文利用地球系統(tǒng)模式,模擬并揭示了不同地球工程方法對氣候系統(tǒng)的潛在影響。本文首先利用通用地球系統(tǒng)模式(CESM)模擬了四種地球工程方法對氣候系統(tǒng)的影響,包括:直接減小太陽輻射常數(shù)、增加平流層硫酸鹽氣溶膠、海表低云增亮和卷云稀疏化地球工程。前三者通過減少氣候系統(tǒng)吸收的短波輻射給地球降溫,而卷云稀疏化地球工程通過增加逃逸到太空的長波輻射給地球降溫。在試驗設(shè)計中,四種地球工程方法均能有效抵消C02濃度加倍下全球平均溫度增加。但同時,輻射強迫在不同地球工程試驗中存在差異。相對1×CO2情景,卷云稀疏化方法造成全球平均降水增加了約4.1%,其余地球工程方法造成全球平均降水減少了約2.3%。本文進一步通過氣候系統(tǒng)快響應(yīng)(全球海表溫度顯著變化前,氣候要素在大氣平流層、對流層和陸地調(diào)整過程中產(chǎn)生的變化)和漸進反饋(由于平均海表溫度變化導(dǎo)致的氣候變化)的角度,揭示了不同地球工程方法對降水影響差異的機理。研究結(jié)果表明,不同地球工程試驗中,降水變化差異主要與快響應(yīng)中大氣對流層調(diào)整過程不同,導(dǎo)致大氣能量平衡和垂直運動過程存在差異有關(guān)。在此基礎(chǔ)上,本文首次模擬研究了將平流層硫酸鹽氣溶膠方法與卷云稀疏化方法結(jié)合對氣候系統(tǒng)的影響。結(jié)果表明,通過將兩種地球工程方法適當結(jié)合,可以調(diào)節(jié)降水變化對溫度變化的敏感性,從而同時抵消CO2濃度增加下全球平均溫度和降水變化(分別為0.0 K和-0.4%)。該結(jié)果為地球工程方法的優(yōu)化設(shè)計提供了理論基礎(chǔ)。CO2在大氣中停留會對氣候系統(tǒng)產(chǎn)生長期影響,因此需要持續(xù)實施地球工程。迄今為止,大多數(shù)地球工程模擬研究僅僅考慮了幾十年到一百年時間尺度的氣候變化,缺乏對長期有效性的討論。本研究通過減小太陽輻射常數(shù)抵消了 CO2增加造成的全球平均溫度增加,并分析了地球工程在幾百年時間尺度上對氣候系統(tǒng)的影響。結(jié)果表明,地球工程能夠在長時間尺度上有效抵消由于CO2濃度增加造成的地表和海洋溫度變化,減少高緯度地區(qū)海冰融化,并能有效維持大尺度海洋溫鹽環(huán)流的長期穩(wěn)定。大規(guī)�；鹕絿姲l(fā)活動向大氣平流層中注入了大量硫酸鹽氣溶膠,經(jīng)常被用來與平流層硫酸鹽地球工程進行類比。本研究模擬并比較了具有火山噴發(fā)特征(硫酸鹽氣溶膠先增加后減小)和地球工程特征(硫酸鹽氣溶膠穩(wěn)定存在)的平流層硫酸鹽強迫試驗。模擬結(jié)果表明,當產(chǎn)生相同的全球平均溫度變化時(-0.7 K),具有火山噴發(fā)特征的硫酸鹽強迫下,陸地溫度、降水和地表徑流的減小要顯著強于具有地球工程特征的硫酸鹽強迫結(jié)果。其中,地表徑流的減小量級大約為具有地球工程特征試驗下的兩倍。溫度、降水和地表徑流的空間分布變化在不同試驗中差異明顯。該研究結(jié)果表明,具有不同時間尺度的硫酸鹽氣溶膠強迫對氣候系統(tǒng)的影響存在明顯不同。本研究內(nèi)容加深了我們對不同地球工程情景潛在氣候效應(yīng)的認知,為未來地球工程的可能實施提供了理論基礎(chǔ);同時,通過分析氣候系統(tǒng)中不同氣候變量對多種地球工程方法的響應(yīng)機理,有助于進一步提高我們對氣候系統(tǒng)響應(yīng)不同外源強迫過程的認識,對研究氣候變化具有重要意義。
【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：P461
【圖文】：

據(jù)實現(xiàn)原理和對氣候系統(tǒng)產(chǎn)生影響的不同，不同地球工程方法主要可以分為兩大類（ｅ．ｇ．，逡逑潘家華，２０１２；陳迎，２０１６；邋Ｓｈｅｐｈｅｒｄ，邋２００９；邋Ｎａｔｉｏｎａｌ邋Ｒｅｓｅａｒｃｈ邋Ｃｏｕｎｃｉｌ，邋２０１５ａ；邋２０１５ｂ；邋Ｌａｗｒｅｎｃｅ逡逑ｅｔａｌ．，２０１８）（圖１．１和１．２）：第一類地球工程方法通常被稱為太陽輻射管理方法（Ｓｏｌａｒ逡逑Ｒａｄｉａｔｉｏｎ邋Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ，簡稱ＳＲＭ）。太陽福射管理地球工程主要指通過一系列手段減小逡逑氣候系統(tǒng)整體對太陽短波輻射的吸收作用，抵消由于大氣中Ｃ０２濃度增加造成的氣候系逡逑統(tǒng)凈能量增加，從而降低地表溫度。目前科學家們提出的太陽輻射管理地球工程方法主逡逑要包括以下幾種：（１）邋“基于太空的反射鏡方法（Ｓｐａｃｅ－ｂａｓｅｄ邋Ａｐｐｒｏａｃｈ邋）’’（邋Ｅａｒｌｙ，逡逑１９８９）。主要是指在地球與太陽系統(tǒng)之間的拉格朗日點Ｕ放置可以用于，反射太陽輻射的逡逑反射鏡或其他物質(zhì)，通過在太空反射太陽輻射使到達地球大氣層頂?shù)钠骄栞椛錅p小。逡逑需要放置的反射鏡面積和反射鏡角度等隨所需要實現(xiàn)的氣候目標而改變；（２）邋“平流層逡逑注入氣溶膠的方法（Ｓｔｒａｔｏｓｐｈｅｒｉｃ邋ａｅｒｏｓｏｌ－ｂａｓｅｄ邋Ａｐｐｒｏａｃｈ）邋’’（Ｂｕｄｙｋｏ，邋１９８２）。氣溶膠粒逡逑子如硫酸鹽顆粒等可以有效反射大氣中的太陽輻射。因此

浙江大學博Ｌ＇學位論文邐作者簡歷逡逑的高（：０２排放水平。在不考慮Ｃ０２移除技術(shù)的一系列未來氣候情景預(yù)測中，實現(xiàn)巴黎協(xié)逡逑定１．５度和２全球增暖目標將會面臨非常大的挑戰(zhàn)（ｅ．ｇ．，邋Ｌｕｄｅｒｅｒ邋ｅｔ邋ａｌ＿，邋２０１３；邋Ｒｏｇｅｌｊ邋ｅｔ邋ａｌ．，逡逑２０１３）。逡逑輻射管理地球工程（ＲＭＧ）和二氧化碳移除技術(shù)（ＣＤＲ）雖然實施的原理不同，但逡逑并非完蠢獨立（Ｋｒｅｉｄｅｎｗｅｉｓ邋ｅｔ邋ａｌ．，２０１６；邋Ｋｅｉｔｈ邋ｅｔ邋ａｌ．，邋２０１７）。例如，ＲＭＧ通過減小到達陸逡逑地地表和海洋表面的太陽輻射，會直接影響地表植被和海洋中浮游植物的光合作用，從逡逑而影響陸地和海洋對大氣中Ｃ0２的吸收作用；同時，大規(guī)模實施的楦樹造林過程會顯著逡逑改變地表性質(zhì)（如地表反照率等），從而影響氣候系統(tǒng)的能量平衡過程。因此，深入了逡逑解不同地球工程方法的特點及其對氣候系統(tǒng)的影響對未來氣候政策的制定和地球工程的逡逑實施具有非常重要的意義。逡逑

入射的太陽

本文編號：2777451