人为硫酸盐增多对长江中下游夏季降水年代际转型的影响

摘要

本文使用全球大气模式(GFDL-AM2)对人为硫酸盐气溶胶直接气候效应进行了模拟,研究人为硫酸盐增长对上世纪70年代末长江中下游夏季降水年代际转型的影响,通过将模拟结果与观测和再分析资料进行对比,分析其影响机制。在此基础上,将硫酸盐和黑碳气溶胶的效应进行对比,并考察两者的协同作用。我们完成了两组集合试验,每组集合试验各由5个成员组成,每个成员是由一自1970至2000共31年的模式积分。在第一组试验中,模式被给定随时间演变的气溶胶强迫。在第二组试验中,在东亚区域,人为硫酸盐气溶胶被固定在1970年的水平不变,其余完全同第一组试验。第一组试验与第二组试验的差异被用来分析人为硫酸盐气溶胶的气候影响。
　　从30年平均结果看,东亚区域的人为硫酸盐在大气顶和地面造成显著的负辐射强迫,最大值可达-3W·m-2,其引起的气温变化中国范围内绝大部分地区不超过-0.3-0.1℃,降水变化不超过-0.1-0.2mm·day-1。从年代际变化看,硫酸盐气溶胶增长引起的降水年代际变化与观测到的降水转型有很好的时空一致性,在长江中下游流域都表现为0.5-1mm·day-1的降水增多;观测中包括副热带高压西伸南移、我国东部近地面异常北风等夏季风年代际减弱信号以及对应的垂直温度、上升运动分布等均能很好地被模式再现。机制上,硫酸盐气溶胶通过引起负辐射强迫,造成我国中东部的大部分地区地面到对流层中层降温,其中地面最大降温幅度达到-1℃以上,由此海陆热力对比减小,使东亚夏季风减弱,雨带容易在长江中下游停留,从而导致该区域降水增多。
　　于是,硫酸盐气溶胶增多对长江中下游降水年代际转型有重要贡献。与黑碳的对比以及对两种气溶胶协同作用的模拟表明:从年代际变化看,黑碳气溶胶在地表同样引起减温效应,大值可达-1℃,因此存在与人为硫酸盐类似的使夏季风减弱和长江流域降水增多的效应,量值同样可达0.5-1mm·day-1以上。而两种气溶胶协同作用则与单独作用体现出完全不同的特征:协同作用使长江以南降水减少达1mm·day-1以上,地表升温0.6-1℃。从机制上,两种气溶胶的协同作用阻断了中国东部夏季风的水汽输送,使整个中国东部夏季降水减少。两种气溶胶协同作用与单一气溶胶作用的关系是非线性的。

目录

摘要

Abstracts

第一章 前言

1.1 研究的目的和意义

1.2 目前已有的研究

1.2.1 气溶胶的气候效应

1.2.2 中国夏季降水的年代际转型

1.2.3 问题的提出

1.3 章节安排

参考文献

第二章 模式和气溶胶资料

2.1 AM2模式简介

2.1.1 AM2模式概述

2.1.2 模式模拟能力检验

2.2 模式所用气溶胶资料

参考文献

第三章 人为硫酸盐直接效应对长江中下游夏季降水年代际转型的影响

3.1 试验方案设计

3.2 模式结果及与观测的比较

3.2.1 30年平均气候效应

3.2.2 气候效应的年代际变化

3.3 机制分析

3.4 小结与讨论

参考文献

第四章 与黑碳气溶胶影响的对比及其协同作用

4.1 硫酸盐与黑碳协同作用对降水转型的影响

4.1.1 试验方案设计

4.1.2 模式结果

4.2 机制分析

4.3 本章小结

参考文献

第五章 结果与讨论

5.1 主要结论

5.2 主要创新点

5.3 研究展望

参考文献

致谢

作者简介