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本文在检验了大气环流模式CAM3.0对各气象要素气候平均态以及季节和年际变化的模拟效果后,利用该模式连续积分40年,获得东亚地区气溶胶直接辐射强迫和气溶胶引起的气候系统响应基本特征,并提出了气溶胶影响东亚季风气候的可能机制;挑选具有代表性的三类气溶胶(硫酸盐、黑碳和沙尘气溶胶),通过数值控制试验比较它们在气候变化中的不同作用。鉴于黑碳气溶胶对东亚气候变化的重要性,本文同时选用较高分辨率的区域气候模式RegCM3连续积分10年,模拟了黑碳气溶胶对亚洲地区温度和水循环的影响,并与全球气候模式的模拟结果作比较分析。
研究结果表明:气溶胶的辐射效应冷却地-气系统,辐射强迫的绝对值夏季最大,秋季次之,冬季最小;模拟区域中最大辐射强迫主要位于四川盆地和长江中下游地区。气溶胶引起我国大部分地区平均气温降低,并且南方降温比北方显著;使得东亚副热带季风增强,南海热带季风减弱,导致水汽在北方地区增加,配置上垂直上升运动,我国高原北侧到河套地区降水增加,其余地区降水减少,减幅在夏季最大,春季次之,秋季最小。
经过硫酸盐、黑碳和沙尘气溶胶辐射气候效应的对比试验发现:硫酸盐气溶胶使得地气系统吸收的辐射能减少,导致地表和大气温度降低,对东亚副热带季风有减弱作用,但加强了南海热带季风,最终造成我国东部大部分地区降水减少。黑碳气溶胶增加了大气吸收的辐射能,减少到达地表的辐射,因此其辐射效应加热大气,冷却地表;BC使得东亚副热带季风减弱,热带季风加强,并且以对流性降水为主,导致我国东部地区的降水出现“南涝北旱”的变化趋势。沙尘气溶胶在源区具有冷却地气系统的辐射效应,但在远距离输送的下风区,气温却出现上升趋势;其对东亚副热带季风有加强作用,对南海热带季风有减弱效应;大尺度降水与对流性降水共同作用的结果使得配我国北方地区降水增多,南方地区降水减少,形成“北涝南旱”的降水格局。
气溶胶作为气候系统的一个扰动因子,能够改变大气的温湿结构,引起大气流场的调整,导致水汽的分布和输送及大气垂直运动发生变化,从而影响降水变化。
运用区域气候模式RegcM3模拟黑碳气溶胶对亚洲地区温度和水循环的影响得出:黑碳气溶胶通过影响温度、层结、水汽、云量和云水、降水、蒸发等过程,对不同地区低层大气和地表的影响存在差异,有促进中国南方和西北变冷变湿、华北和东北变冷变干、印度次大陆变暖变湿、中亚地区变暖变干的趋势。与CAM3.0的模拟结果相比,两个模式都很好的反映出了中国大部分地区地表气温下降以及中国东部地区“南涝北早”的降水格局,但在CAM3.0模拟的降水场上,华北地区北部出现了降水增加,这在RegCM3的模拟结果中并未出现,其原因可能是大气环流模式对东亚夏季风的模拟偏强,引起华北地区降水量增加。