【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、間接效應和半直接效應。本文設計了五組平行試驗。每組試驗使用不同的排放源,而其強迫(溫室氣體,海溫)保持不變。PD試驗的所有氣溶膠成分均采用2000年的排放源,而PI試驗均采用1850的排放源,兩組試驗的差表示人為氣溶膠的影響。本文還進行了三組敏感性試驗,分別把PD試驗中的硫酸鹽,黑碳和一次有機碳氣溶膠的排放源調整到1850年,他們和PD試驗的差,表示三種不同成分人為氣溶膠的氣候效應。通過這五組試驗,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差異。本文分析了人為氣溶膠對東亞夏季風、東亞冬季風、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。本文仔細對比了人為氣溶膠氣候效應隨季節(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、其輻射效應和其對云、降水環(huán)流的影響隨著季節(jié)移動有一個一致協(xié)同的關系。論文的主要結論如下： (1)人為氣溶膠的直接效應和間接效應共同作用會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碳氣溶膠會通過直接效應(反射短波輻射)和間接效應(增強云的液態(tài)水路徑和云的短波輻射強迫)減少到達地表的短波輻射。而人為黑碳氣溶膠的吸收效應會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使得對流層變的更加穩(wěn)定,不利于北方對流活動的發(fā)生。北方凝結潛熱釋放因為對流的抑制而減少,會使降低中國北方整個對流層的溫度,減小海陸熱力梯度對比。海陸熱力對比的減小,將會減弱東亞夏季風的環(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增加中國南方和南部海洋上的溫度,這樣海陸熱力會進一步減小,進一步減弱季風環(huán)流。 (2)人為氣溶膠會減弱東亞冬季風環(huán)流,不利于冷空氣的南下,減弱低層的西北風。人為黑碳氣溶膠會減小青藏高原積雪反照率,高原地表溫度的升高是冬季風減弱的主要原因。而硫酸鹽和有機碳氣溶膠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。硫酸鹽和有機碳氣溶膠起到了主要貢獻,而它們混合后對云和降水的影響要顯著的增強,并不是一個線性的相加。而所有人為氣溶膠會減弱中國東部低層的西北風和地表的冷高壓,但是硫酸鹽和有機碳并沒有給出類似的信號。人為黑碳氣溶膠會使青藏高原地表溫度升高超過2K,而這個變暖從前一年的十一月到次年的四月。這個增暖將減弱東季風環(huán)流。低層西北風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氣溶膠類似,而硫酸鹽和有機碳在中國的南方對降水的抑制也起到了重要的作用。 (3)春季人為氣溶膠會減少南方的降水,在中國南方產(chǎn)生一個反氣旋的環(huán)流異常。這個響應會增強中國的東部低層的西南風,增強向北方的水汽輸送,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的影響,云短波輻射強迫的變化在長江流域的增強(負絕對值更大)超過25W m-2。地表短波輻射的減少會減低地表溫度,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換,減少大尺度降水的發(fā)生。而對流性降水也會因為地表的溫度降低而減少。南方降水的減少會引起的一個反氣旋環(huán)流的異常,增強中國東部的西南風,增強向北方的水汽輸送,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。而間接效應在春季最為顯著。從二月到八月,人為氣溶膠的光學厚度,輻射變化和氣候響應有一個逐漸北移的趨勢,而從九月到十二月又會逐漸的南撤。氣溶膠分布、輻射效應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迫的變化發(fā)生在春季。人為氣溶膠的可見光光學厚度、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向北移動到38°N,強度先減弱在增強。云滴數(shù)濃度和云滴有效半徑的變化,在全年中是一個兩極型的分布,在夏半年(五到九月)較弱,而在冬半年(十月到次年四月較強)。云的液態(tài)水路徑和云短波輻射強迫的變化則有從春到夏的向北傳播的趨勢,但是夏季的強度要弱于春季。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北傳的信號。
【學位授予單位】：南京大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2013
【分類號】：X513;P461

【參考文獻】

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