沙尘直接辐射效应对东亚地气系统的影响

摘要

基于东亚-北太平洋地区太阳高度角在春季乃至由冬季到夏季的逐日变化规律,选取2001年春季发生的3次典型沙尘暴为例,利用包含详细气溶胶辐射参数化方案的大气辐射传输模型,模拟研究了该地区太阳高度角的变化对东亚-北太平洋地区沙尘直接辐射效应的可能影响.研究结果表明,在沙尘暴爆发时间从春初(或冬季)到春末(或夏季)的变化过程中,由于该地区太阳高度角逐渐增大,导致沙尘在大气顶晴空正辐射强迫值增加、负辐射强迫值降低甚至转变为正强迫.具体表现为:在地表反照率低的海洋上空,春初到春末太阳高度角的增加使得沙尘在大气顶负辐射强迫的值由大变小,即对地气系统由较强的降温转变为较弱的降温作用;在地表反照率较高的沙漠及其周边地区,春初到春末太阳高度角的增加导致沙尘在大气顶辐射强迫由负值转变为正值,即对地气系统由辐射降温逆转为辐射增温.云天辐射强迫的研究结果与晴空类似,但低云的存在相当于在一定程度上增加了地表反照率,它一方面使得沙漠上空沙尘层由冷却地气系统到加热地气系统这一逆转过程发生的日期提前,也导致了沙尘在海洋上空负的辐射强迫比晴空时随着太阳高度的增加减小得更为明显,甚至局部地区因为低云的存在由弱的负强迫变为弱的正强迫.这一研究结果说明,在东亚沙漠附近地区,即便是同等强度的沙尘暴事件,因为发生的日期不同,太阳高度角不同,沙尘层在大气顶的辐射强迫和对地气系统的影响也会因此不同甚至相反.沙尘暴发生的时间越靠近初春或冬季,在沙漠附近,沙尘在大气顶辐射强迫越倾向为负值,对地气系统表现为降温作用,沙尘暴发生时间越靠近春末或夏季,由于太阳高度角的增大,沙尘在大气顶越容易产生正辐射强迫,对地气系统表现为增温作用.简而言之,即在东亚沙漠源区附近,沙尘直接辐射效应可能呈现"春初(冬季)降温,春末(夏季)增温"的特征.