东亚季风区人为气溶胶直接气候效应的模拟研究

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本文首先利用NASA Terra和Aqua卫星MODIS气溶胶产品,分析了亚洲地区气溶胶光学厚度的空间和季节变化特点,发现东亚与南亚两气溶胶光学厚度高值区年际变化类似,季节变化有所不同。再结合亚洲季风区大气环流,分析亚洲季风对气溶胶分布的影响,认为南亚气溶胶光学厚度大值区主要是由南亚季风和高原地形综合作用形成,东亚地区主要是以当地人类活动产生的气溶胶为主,夏季会受到来自南亚地区输送来的气溶胶影响。强季风年,光学厚度大值区会随强季风移动。   然后,利用包含化学辐射强迫效应的全球大气模式GFDL-AM2,进行三组试验,第一组试验包含历史演变的气溶胶强迫,第二、三组试验分别将东亚人为硫酸盐和黑碳气溶胶柱浓度保持在1970年值不变,其余同第一组。利用这些试验结果,分析了30年来人为硫酸盐和黑碳气溶胶在大气顶和地表的直接辐射强迫的分布及其季节变化,讨论了东亚区域气溶胶对夏季风及其夏季降水的影响,得到了以下结论:   东亚区域人为硫酸盐气溶胶在大气顶和地表的直接辐射强迫的分布范围和强度都具有明显的季节变化。在大气层顶,夏季辐射强迫的分布范围最广,平均辐射强迫值最大;冬季的分布范围和全球平均辐射强迫都是最小的。在地表,与大气层顶一致。夏季辐射强迫分布范围较广,平均强迫值最大;冬季两者均为最小。在有云条件下,硫酸盐气溶胶在大气顶产生负的直接辐射强迫,东亚区域年平均强迫值为-0.50 w/m2;在地表产生负的直接辐射强迫,年平均强迫值为-0.86W/m2。中国内陆地区普遍降温,华南降温最为显著,达到-0.5K。模拟结果还表明,东亚区域硫酸盐的大量增加,使得东亚夏季风强度减弱,华南沿海地区形成一个气旋性环流,影响水汽输送,使得华南华北降水增多,长江中下游地区降水减少。   东亚区域黑碳气溶胶在大气层项的正辐射强迫夏季最强,春季次之;夏季地表产生负的辐射强迫最强,春季次之,冬季最弱。在有云条件下,黑碳气溶胶在大气顶产生正的直接辐射强迫,东亚区域年平均强迫值为+0.52 w/m2;在地表产生负的直接辐射强迫,年平均强迫值为-1.04 w/m2。黑碳气溶胶直接辐射效应导致我国夏季华南地区降温显著,特别是四川盆地附近,降温达到-1.0k以上,由此导致海陆温差缩小,东亚夏季风强度减弱,水汽输送偏南,华北黄淮流域降水减少。本文的结果支持黑碳气溶胶增多可能是自1970年代末以来我国夏季南涝北旱频发的原因之一的观点。
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