东亚地区对流层人为硫酸盐辐射强迫及其温度响应

利用区域气候模式对东亚地区人为硫酸盐的直接辐射强迫及其温度响应进行了数值研究.结果表明:(1)人为硫酸盐直接辐射强迫具有明显的季节变化和地理分布特征,辐射强迫的这种变化特征不仅强烈地依赖于硫酸盐柱含量的季节变化和地理分布,而且取决于云量季节变化和地理分布.(2)就年平均而言,由于硫酸盐辐射强迫的影响,模拟区域内大部分地区普遍降温.降温比较明显的区域位于110°E以东、40°N以南的中国大陆地区,超过-0.1℃.其中华北平原和长江中游的湖南、湖北形成两个降温大值中心,幅度超过-0.2℃.(3)地面温度响应呈现出明显的区域季节变化特征.冬春季节,温度响应与辐射强迫之间满足较好的对应关系;夏秋季节,二者呈现出复杂的非线性关系.     

平流层气溶胶的辐射强迫及其气候响应的水平二维分析

利用比较先进的辐射模式计算了平流层气溶胶的辐射强迫,并对之进行了参数化。结果发现平流层气溶胶的辐射强迫的水平分布不仅与其本身的水平变化有关,而且与下垫面的反照率有很大的关系。利用近期开发的二维能量平衡模式模拟了皮纳图博火山气溶胶对地面平衡温度的影响,结果表明:皮纳图博火山至喷发后1年半左右降温达最大,至喷发后第5年降温已很小。     

硫酸盐气溶胶辐射强迫的数值模拟研究

利用IAP/LASG GOALS 4.0海气耦合模式,"显式"考虑了硫酸盐气溶胶的直接作用,并且引入德国马普气象研究所的三维浓度分布资料,模拟计算了硫酸盐气溶胶的辐射强迫.主要结果为:全球气溶胶年平均的辐射强迫为-0.29 W m-2,在IPCC TAR给定的范围内,空间分布上具有明显的地域性,几个大值地区分别为东亚、西欧和北美,它们的中心值均超过-1.5 W m-2,南美、澳大利亚以及非洲南部的辐射强迫介于-0.2～-0.4 W m-2之间,而海洋和偏远的大陆地区,则基本上不受人为硫酸盐气溶胶的影响;计算的东亚地区硫酸盐气溶胶的平均辐射强迫为-0.75 W m-2,约为全球平均的2.5倍,为北半球平均的1.6倍.文中还讨论了全球硫酸盐气溶胶对温室气体辐射强迫的减缓作用.     

相对湿度对气溶胶辐射特性和辐射强迫的影响

采用已有的气溶胶折射指数等资料 ,计算了在不同的相对湿度条件下硫酸盐气溶胶的辐射特性。结合两种不同化学输送模式 (CTM )的模拟结果及LASGGOALS/AGCM模式 ,模拟估算了考虑相对湿度影响后全球硫酸盐气溶胶的辐射强迫。结果表明 :(1)随着相对湿度的增加 ,硫酸盐气溶胶的质量消光效率因子在短波波段有所减小 ,单次散射反照率仅在长波波段有所增加 ,不对称因子在整个波段均有所增加 ;(2 )用两个CTM资料模拟辐射强迫的结果相差较大 ,其全球平均辐射强迫分别为 - 0 .2 6 8和 - 0 .816W/m2 ;(3)在考虑相对湿度的影响后 ,硫酸盐气溶胶辐射强迫的分布类型与相应干粒子的强迫分布类型基本相同 ,但全球平均的强迫值减少了 6 %左右。     

全球气候模式（GCM）对辐射强迫的响应

长波辐射加热（ＬＷＲＨ）对气候预报有显著作用，文章比较了６种取自ＧＣＭ的ＬＷＲＨ算法所产生的加热率廓线，表明在有云情况下，ＬＷＲＨ算法对输入变量的敏感性。ＬＷＲＨ算法对ＧＣＭ变化的敏感性测试结果表明，加热率强烈地依赖于模式截断，模式变化（包括长波辐射ＬＷＲ算法）和地表强迫（ＳＳＴ）。引入假观测评价各种ＬＷＲ算法所产生加热率的精确性，在ＣＣＭ２模式中应用ＮＣＡＲ原版本和移植的ＥＣＭＦＷ方案计算了ＬＷ     

基于地面短波辐射观测资料计算淡积云的辐射强迫及水平尺度方法研究

本文根据不同类型云影响地面短波辐射的差异,提出利用地面短波总辐射变化检测识别淡积云以及计算淡积云水平尺度的方法,并对该算法进行误差分析,统计内蒙古草原地区夏季淡积云的水平尺度及其辐射强迫。结果表明:淡积云检测方法能比较好地识别、筛选出淡积云天。淡积云水平尺度和淡积云所在高度的风速成正比,风速测量的准确性直接影响淡积云水平尺度估算准确性;淡积云水平与垂直尺度比对计算淡积云水平尺度影响最大;云移动经过遮挡太阳直射辐射的时段内,太阳天顶角变化的影响可以忽略不计。内蒙古草原地区夏季淡积云短波辐射强迫小时平均为-134.1 W m-2,水平尺度平均值为1129 m,水平尺度的概率密度呈幂指数分布。     

硫酸盐和烟尘气溶胶辐射特性及辐射强迫的模拟估算

利用已有的硫酸盐和烟尘气溶胶折射指数资料，精确计算了这两种气溶胶从太阳短波到红外谱段的辐射特性。然后，在LLNL化学输送模式(CTM)模拟的硫酸盐和烟尘气溶胶资料及改进的气溶胶参数化基础上，在国内首次用GCM估算了这两种气溶胶引起的全球辐射强迫。结果表明:(1)西欧是全球最大的硫酸盐辐射强迫中心，最大值出现在夏季，达-5.0W/m2；(2)烟尘强迫的最大中心出现在夏季的南美和非洲中南部，为4.0W/m2；(3)南半球大陆人为气溶胶的强迫不容忽视；(4)某些地区人为气溶胶的强迫在量值上可与CO2等温室气体引起的强迫相比拟。     

黑碳气溶胶辐射强迫全球分布的模拟研究

利用一个改进的辐射传输模式,结合全球气溶胶数据集（GADS）,计算晴空条件下冬夏两季黑碳气溶胶的直接辐射强迫在对流层顶和地面的全球分布。计算结果表明,与温室气体引起的整层大气都是正的辐射强迫不同,黑碳气溶胶的辐射强迫在对流层顶为正值,而在地面的辐射强迫却是负值。作者从理论上解释了造成这种结果的原因。对北半球冬季和夏季而言,在对流层顶黑碳气溶胶的全球辐射强迫的平均值分别为0.085W/m2和0.155 W/m2,在地面则分别为-0.37 W/m2和-0.63 W/m2。虽然气溶胶的辐射强迫主要依赖于其本身的光学性质和在大气中的浓度,太阳高度角和地表反照率对黑碳气溶胶的辐射强迫会产生很大的影响。研究指出:黑碳气溶胶在对流层顶正的辐射强迫和在地面负的辐射强迫的绝对值都随太阳天顶角的余弦和地表反照率的增加线性增大;地表反照率对黑碳气溶胶辐射强迫的强度和分布都有重要影响。黑碳气溶胶的辐射强迫分布具有明显的纬度变化特征,冬夏两季的大值区都位于30°N~90°N之间,表明人类活动是造成黑碳气溶胶辐射强迫的主要原因。     

一维辐射-对流模式对云辐射强迫的数值模拟研究

利用一维辐射－对流气候模式, 详细研究了云量、云光学厚度以及云高等要素的变化对大气顶和地面太阳短波辐射和红外长波辐射通量以及云的辐射强迫的影响, 给出了计算这些物理量的经验拟合公式。结果表明, 云具有极为重要的辐射－气候效应。云量、云光学厚度以及云高即使只有百分之几的变化, 所带来的辐射强迫也可以与大气二氧化碳浓度加倍所产生的辐射强迫（3.75 W/m2）相比拟。例如, 当分别给它们+3%的扰动时, 即取云量变化0.015, 云光学厚度变化0.27, 以及云高变化0.15 km时（在实际的地球大气中, 这种尺度的变化是完全可能发生的）, 那么,可以得到地气系统的太阳短波辐射强迫-3.10 W/m2以及红外长波辐射强迫-1.77 W/m2, 二者之和为-4.78 W/m2, 已经完全可以抵消大气二氧化碳浓度加倍所产生的辐射强迫。但是, 当云量、云光学厚度以及云高向相反方向产生类似扰动时, 所产生的辐射强迫可能极大地放大二氧化碳浓度增加所产生的增强温室效应。因此, 研究结果揭示出, 不管是为了解释过去的气候变化, 还是预测未来的气候变化, 亟待加强在一个变化了的气候环境（例如地面温度升高）下, 云将发生何种变化的研究。     

近10年东亚沙尘气溶胶辐射强迫与温度响应

利用一个耦合了在线沙尘模型的区域气候模式RegCM3,对2000-2009年东亚沙尘气溶胶辐射强迫及温度响应进行了数值模拟。结果表明：（1）东亚沙尘气溶胶分布具有明显的地理差异和季节差异,柱含量高值区主要位于塔克拉玛干沙漠和巴丹吉林沙漠,最大值均在1 000mg.m-2以上;从季节分布来看,春季最大,冬季次之,秋季最小...     

Attribution of the Present-Day Aerosol Direct Radiative Forcing to Anthropogenic Emission Sectors

In this study,a general circulation model coupled with a gas-phase module and an aerosol chemistry module was employed to investigate the impacts of anthropogenic emission sectors on aerosol direct radiative forcing at the top of atmosphere(TOA)in the present-day climate.The predictions were based on the emission inventories developed in support of the Intergovernmental Panel on Climate Change(IPCC)Fifth Assessment Report(AR5).Six emission sectors—agriculture,open biomass burning,domestic activities,industry,energy generation,and transport—were considered,with a special focus on nitrate aerosol that shows large uncertainties in current models.The results show that the energy sector accounts for the largest contribution(-222 mW m 2)to global aerosol radiative forcing,with substantial negative forcing from sulfate.Inclusion of nitrate results in the transport sector yielding a global nitrate radiative forcing of-92 mW m-2and an internally mixed aerosol radiative forcing of -85 mW m-2,which is opposite to the positive radiative forcing predicted in the past,indicating that the transport emissions could not be a potential control target to counteract climate warming as expected before.The maximum change in nitrate burden is found to be associated with agricultural emissions,which accounts for about75%of global ammonia gas(NH3)emissions.Agricultural emissions account for global nitrate radiative forcing of -186 mW m-2and internally mixed aerosols direct radiative forcing of -149 mW m-2.Such agricultural radiative forcing exceeds the radiative forcing of the industrial sector and is responsible for a large portion of negative radiative forcing over the Northern Hemisphere.     

Direct Radiative Forcing of Anthropogenic Aerosols over Oceans from Satellite Observations

Anthropogenic aerosols play an important role in the atmospheric energy balance. Anthropogenic aerosol optical depth (AOD) and its accompanying shortwave radiative forcing (RF) are usually simulated by nu- merical models. Recently, with the development of space-borne instruments and sophisticated retrieval algorithms, it has become possible to estimate aerosol radiative forcing based on satellite observations. In this study, we have estimated shortwave direct radiative forcing due to anthropogenic aerosols over oceans in all-sky conditions by combining clouds and the Single Scanner Footprint data of the Clouds and Earth’s Radiant Energy System (CERES/SSF) experiment, which provide measurements of upward shortwave fluxes at the top of atmosphere, with Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) aerosol and cloud products. We found that globally averaged aerosol radiative forcing over oceans in the clear-sky conditions and all-sky conditions were -1.03±0.48 W m-2 and -0.34 ±0.16 W m-2, respectively. Direct radiative forcing by anthropogenic aerosols shows large regional and seasonal variations. In some regions and in particular seasons, the magnitude of direct forcing by anthropogenic aerosols can be comparable to the forcing of greenhouse gases. However, it shows that aerosols caused the cooling effect, rather than warming effect from global scale, which is different from greenhouse gases.     

中国地区大气气溶胶辐射强迫及区域气候效应的数值模拟

利用太阳直接辐射日总量和日照时数等多年观测资料,反演了中国地区大气气溶胶0.75 μm光学厚度的年、月平均值,分析了我国大气气溶胶状况的时空分布特征。据此,在中国区域气候模式中考虑气溶胶的辐射影响,模拟中国地区气溶胶直接辐射强迫的大小及气候响应的季节变化特征。计算结果表明: 我国大气气溶胶光学厚度多年平均分布状况是以四川盆地为大值中心向四周减少;长江中下游武汉附近和南疆盆地为另两个大值中心;青藏高原为气溶胶低值区;我国绝大部分地区春季气溶胶光学厚度值最大,各地气溶胶光学厚度最小值出现的季节则有所不同。气溶胶辐射强迫介于-5.3～-13 W/m2之间;辐射强迫具有春、夏季大,秋、冬季小,冬季南方偏大,夏季北方偏大的特征。气溶胶辐射强迫的分布与其光学厚度的分布基本一致。由于气溶胶的影响,中国大陆地区地面气温均有所下降,四川盆地到长江中下游地区以及青藏高原北侧到河套地区降温最为明显,分别可达-0.4℃和-0.5℃。气候响应具有明显的季节特征。地面气温的变化除与辐射强迫的大小有关外,还受大气环流的影响。     

中国西部雪冰中的黑碳及其辐射强迫

 在中国西部的青藏高原和新疆地区的若干条冰川区域采集雪和冰芯样品,分析了雪冰样品中的黑碳,并模拟了雪冰黑碳产生的辐射强迫。我国西部雪冰黑碳的平均浓度为63 ng/g,高于北半球其他地区的实测结果。影响雪样黑碳浓度空间分布格局的主因是周边的排放源。模拟结果显示,黑碳在中国西部冰川雪表的沉降产生的平均辐射强迫为（+4.0±2.0) W/m²。喜马拉雅山中段的东绒布冰芯记录揭示黑碳主要来源于南亚,经印度夏季风输送;1951年以来黑碳的平均浓度为16 ng/g,产生的月平均辐射强迫在2001年夏季超过了+4.5 W/m²。南亚排放的黑碳可能抵达青藏高原南部腹地,对青藏高原的冰川表面能量平衡有一定影响。     

Modeling Study of the Global Distribution of Radiative Forcing by Dust Aerosol

To quantitatively understand the dust aerosol effects on climate change,we calculated the global distribution of direct radiative forcing due to dust aerosol under clear and cloudy skies in both winter and summer,by using an improved radiative transfer model and the global distribution of dust mass concentration given by GADS (Global Aerosol Data Set).The results show that the global means of the solar forcing due to dust aerosol at the tropopause for winter and summer are –0.48 and –0.50 W m-2 ,respectivel...