平流层火山气溶胶时空传播规律及其气候效应

根据平流层火山气溶胶传播规律研究,该文构建了反映火山喷发强度、平流层火山气溶胶相对浓度、火山气溶胶扩散速率和反映火山爆发地理位置并且按e指数规律衰减的火山活动指数(VEI)时空分布函数,进一步建立了北半球中高纬度、南北半球低纬度和南半球中高纬度3个1945-2008年逐月火山活动指数时间序列。根据3个逐月火山活动指数时间序列分别分析了北半球中高纬度、南北半球低纬度和南半球中高纬度火山活动对于相应纬度带地面气温的影响。研究表明:无论南北半球还是热带,火山活动强时地面气温下降,火山活动弱时地面气温上升,并且地面气温对于火山活动的响应明显滞后。     

人为源气溶胶的间接气候效应研究综述

气溶胶可以多种途径改变云特征来影响气候。作为凝结核,气溶胶可以增加暖云的云滴数和寿命,间接影响辐射和降水,即为气溶胶的第一间接效应和第二间接效应。观测(包括地面和卫星)和数值模拟是研究间接效应最主要的两种手段,目前这两种方法大多同时采用。本文介绍了气溶胶间接效应的原理及研究方法,并回顾国内一些研究和成果。      

近50年火山喷发和太阳活动对我国气候影响的研究

利用特征向量分析与时序叠加分析和谱分析相结合的方法，分析了近50a来我国地面气温和降水场中火山喷发和太阳活动的气候信号，强烈的火山喷发导致全国大部分地区降温，喷发1a多以后降温最明显，并能持续约半年。除这个主信号以外，青藏高原、东南沿海和东北地区都可能出现较为复杂的温度变化，温度变化与太阳活动之间的联系更多地反映在二者的振荡关系上。在降水场中的火山信号较弱，表现为火山喷发后的秋冬季节南方地区降水偏多。在青藏高原积雪和深层地温的变化中，没有发现火山和太阳活动信号。     

气候模式分辨率对气溶胶气候效应模拟结果的影响

气候模式分辨率作为影响模式模拟结果的重要因素,其对气溶胶与云相互作用的影响尚未全面认识。利用公共大气模型CAM5.3在3种分辨率（2°、1°、0.5°）下,分别采用2000年和1850年气溶胶排放情景进行试验,检验提高分辨率是否能改进气候模式的模拟能力,分析不同分辨率下气溶胶气候效应的异同,探索模式分辨率对气溶胶气候效应数值模拟结果的影响。通过观测资料与模式结果对比发现,提高分辨率可以明显改进模式对总云量、云短波辐射强迫的模拟能力,0.5°分辨率下模拟结果与观测更接近,其他变量并无明显改善。在不同分辨率下,全球平均的气溶胶气候效应较为一致,总云量、云水路径均增加,云短波和长波辐射强迫均加强,而云顶的云滴有效半径和降水均减小,地面气温降低。不同分辨率下,气溶胶增加引起的气溶胶光学厚度、云水路径、地面温度、云短波和长波辐射强迫变化的纬向平均分布相似但大小存在差异;而降水和云量变化的纬向分布与大小均存在较大差异,在区域尺度上还存在较大的不确定性。全球平均而言, 0.5°分辨率下气溶胶的间接辐射强迫相比1°分辨率下的结果降低了2.5%,相比2°分辨率下的结果降低了6.4%。提高模式分辨率可以部分改进模式模拟能力,同时,气溶胶的间接效应随着模式分辨率的提高而减弱。但气溶胶引起的云量、降水的变化在不同分辨率下差异较大,存在较大的不确定性。      

边界层气溶胶气候效应的研究

用三维气候模式模拟了边界层气溶胶的气候效应。结果表明，边界层气溶胶可使大气和地表的气候状态发生明显的变化。３００ｈＰ以下气柱中气温升高，地表和土壤温度降低。在气溶胶光学厚度较大的沙漠区上空，水平风场出现气旋性差值环流，垂直上升运动也发生较多变化。降水变化与３００ｈＰａ上垂直运动的变化有很好的正相关。同时讨论了气溶胶气候效应的物理机制。     

火山气溶胶的辐射影响

本文应用辐射传输计算研究了火山气溶胶,特别是大的火山爆发后短时期及火山周围地区内的火山气溶胶,对到达地面的向下的总的太阳辐射通量、行星反照率及大气加热率的可能影响.     

菲律宾皮纳图博火山爆发的卫星探测分析

应用气象卫星的探测处理资料,揭示和探讨了1991年6月15日菲律宾皮纳图博火山爆发后火山灰和火山尘云的演变和漂移中的一些重要特征,为研究这次火山爆发对天气和气候的影响提供了卫星观测分析信息。     

气溶胶气候效应的一维模式分析

本文首先采用一线辐射对流模式，分析了乡村型、城市型气溶胶和平流层气溶胶含量增加对全球地表气温的直接影响以及硫酸盐粒子含量增加对全球地表气温的间接影响。然后利用考虑了海洋热惯性作用的ＥＢＭ／ＢＤ模式，模拟了近百年来由于大气中硫酸盐粒子含量变化、火山爆发和大气温室气体浓度增加共同引起的全球地表平均气温变化。结果表明：气溶胶的气候效应在地气系统辐射收支和全球气温变化研究中起着非常重要的作用。     

散射辐射计算方法和气溶胶的气候效应

本文详细地介绍了大气散射辐射和辐射变温率的计算方法,并就气溶胶的概念、辐射特征以及气候效应进行了讨论。文中提出了求解辐射通量密度的迭代方法。本文是在各类数值模式中引入气溶胶气候效应的理论基础。     

黑碳气溶胶气候效应的研究进展

 黑碳气溶胶能吸收从可见光到红外波段的太阳辐射,已经被部分研究认为是造成全球变暖的一个潜在因子。黑碳气溶胶既可以通过直接气候效应改变地-气系统的辐射平衡,又可以作为云凝结核或冰核改变云的微物理特性,间接影响区域或全球气候。对黑碳气溶胶的辐射强迫及其气候效应的研究现状进行总结和分析后,指出了目前黑碳气溶胶气候效应研究中存在的不确定性,并对未来的相关研究提出了一些建议。     

Vertical profiles of Volcanic Aerosol and Polar Stratospheric Clouds Above Kiruna, Sweden: Winters 1993 and 1995

Vertical profiles of aerosol were measured in February 1993, and January - March 1995 using balloon-borne particle counters released from Kiruna, Sweden. Condensation nuclei (CN) and aerosol with radii 0.15 - 10.0 µm were measured in 8-12 size classes. The three flights in 1993 were within the polar vortex. Temperatures were below polar stratospheric cloud (PSC) threshold temperatures on one flight and a thin PSC was observed. The volcanic aerosol in the 1993 vortex was similar to that in 1992. In 1993, surface areas were 10 - 20 µm2 cm-3 and volumes 1 - 3 µm3 cm-3. In 1995 three of five flights were within the polar vortex. The volcanic aerosol had decreased to 3 - 7 µm2 cm-3 and 0.1 - 0.4 µm3 cm-3. The top of the volcanic aerosol layer in both years was near 500 K potential temperature (~20 km). A thick nitric acid and water PSC was observed in January 1995. In the thickest region of this PSC nearly all CN were observed to be activated, and surface areas of 5 - 10 µm2 cm-3 were calculated. The volumes observed in this PSC were closer to what would be expected for particles composed of nitric acid trihydrate than for ternary solution droplets. In 1993 the opposite was observed, the volumes in the thin PSC were closer to what would be expected for ternary solution droplets.     

混合云在GCM气候模拟中的重要性

文章提出了一种简单且适用于大气环流模式（GCM）的冰云辐射参数化。利用该参数化和UGAMP大气环流模式研究了混合云在GCM气候模拟中的重要性。结果表明，云的相态变化及其所产生的反馈作用对模拟的气候状态有显著的影响。在高纬地区，云的相态变化可使地气系统净辐射增加。而在热带则使净辐射减少。     

火山活动对气候的影响

重大的火山喷发对气候的影响表现为地面温度降低，由于火山喷发存在季节、纬度和强度的差异，因此喷发物的空间分布特征不同，对辐射的影响也不同，降温出现的时间和降温的幅度不一致。中高纬喷发的火山主要影响发生喷发的半球，而中低纬的喷发可影响到全球，且影响时间较长；不同季节的火山喷发后，高纬度的温度响应较低纬明显，夏季的温度响应较冬季明显。有关火山活动对降水的影响目前已有了一些研究，但由于降水序列中火山信号较弱，同时还有ENSO等其他因子的影响，客观地分辨出火山的影响较复杂，目前尚无一致结论。     

火山活动对气候影响的数值模拟研究

文章系统地总结了火山活动对气候影响的数值模拟研究，主要结论如下:近百年至千年的气候变化和火山活动关系密切，强火山喷发可造成平流层4℃以上的增温和地表年、月平均温度约0.4℃、1℃的下降。地表温度下降的时空分布受许多因素的影响，如火山喷发特征（包括喷发位置、季节、强度等）；海陆分布；火山气溶胶的光学特性；及其由直接辐射强迫引起的经向潜热输送的变化等等。同时还回顾了1991年皮纳图博喷发的有关研究及其对全球气候的可能影响的数值模拟工作。     

GRAPES全球模式浅对流过程和边界层云对低云预报的影响研究

在GRAPES全球模式云方案中加入浅对流卷出过程和边界层云对云水（冰）、云量的影响,改进模式低云预报,模拟比较改进前后预报结果,并与CERES（云和地球辐射能量系统）及YOTC（热带对流年科学计划）资料进行对比分析。结果表明：考虑浅对流卷出过程和边界层云后,主要增加了模式700 hPa以下低云量及低云中液态水凝物含量,改进后的结果与实际观测更接近。其中边界层层积云主要影响大气边界层顶附近较薄的一层云,影响厚度不超过200 hPa,浅对流卷出过程对云水和云量大小的影响与边界层云相当,而影响厚度则更广,对地面到700 hPa间的低云都会产生一定影响。进一步研究表明,由于低云预报的改进促进了地表和大气层顶云长短波辐射强迫的预报,云的辐射强迫得以增加。     

Observational Diagnosis of Cloud Phase in the Winter Antarctic Atmosphere for Parameterizations in Climate Models

The cloud phase composition of cold clouds in the Antarcticatmosphere is explored using data from the Moderate Resolution ImagingSpectroradiometer (MODIS) and Cloud-Aerosol Lidar with Orthogonal Polarization(CALIOP) instruments for the period 2000--2006. We used the averaged fractionof liquid-phase clouds out of the total cloud amount at the cloud tops sincethe value is comparable in the two measurements. MODIS data for the wintermonths (June, July, and August) reveal liquid cloud fraction out of the totalcloud amount significantly decreases with decreasing cloud-top temperaturebelow 0oC. In addition, the CALIOP vertical profiles show that below theice clouds, low-lying liquid clouds are distributed over ～20% of thearea. With increasing latitude, the liquid cloud fraction decreases as afunction of the local temperature. The MODIS-observed relation between thecloud-top liquid fraction and cloud-top temperature is then applied to evaluatethe cloud phase parameterization in climate models, in which condensed cloudwater is repartitioned between liquid water and ice on the basis of the gridpoint temperature. It is found that models assuming overly high cut-offs(》-40oC) for the separation of ice clouds from mixed-phase clouds maysignificantly underestimate the liquid cloud fraction in the winter Antarcticatmosphere. Correction of the bias in the liquid cloud fraction would serve toreduce the large uncertainty in cloud radiative effects.     

中国东部气溶胶在天气尺度上的辐射强迫和对地面气温的影响

本文应用WRF-Chem(Weather Research and Forecasting—Chemistry)模式研究中国东部地区气溶胶及其部分组分(硫酸盐、硝酸盐和黑碳气溶胶)在天气尺度下的辐射强迫和对地面气温的影响。5个无明显降水时间段(2006年8月23～25日、2008年11月10～12日、2008年12月16～18日、2009年1月15～17日和2009年4月27～29日)的模拟显示,气溶胶浓度呈现显著的白天低,夜间高的日变化特征,且北方区域(29.8°～42.6°N,110.2°～120.3°E)平均PM_2.5近地面浓度(40～80 μg m-3)高于南方区域(22.3°～29.9°N,109.7°～120.2°E,30～47 μg m-3)。气溶胶对地面2 m温度(地面气温)有明显的降温效果,在早上08:00(北京时,下同)和下午17:00左右最为显著,最高可降低约0.2～1 K,同时气溶胶的参与改善了模式对地面气温的模拟。本文还通过对2006年8月23～25日一次个例的模拟,定量分析了气溶胶及其部分组分(硫酸盐、硝酸盐和黑碳气溶胶)的总天气效应(直接效应+间接效应)、直接效应和间接效应分别对到达地面的短波辐射和地面气温的影响。北方区域平均气溶胶直接效应所造成的短波辐射强迫要高于南方区域,分别为-11.3 W m-2和-5.8 W m-2,导致地面气温分别降低了0.074 K和0.039 K。南方区域平均气溶胶间接效应所产的短波辐射强迫高于北方区域,分别为-14.4 W m-2和-12.4 W m-2,引起的地面气温的改变分别为-0.094 K和-0.035 K。对于气溶胶组分,硫酸盐气溶胶的直接效应和间接效应的作用相当,其总效应在北方和南方区域平均短波辐射强迫分别为-7.0 W m-2和-10.5 W m-2,对地面气温的影响为-0.062 K和-0.074 K,而硝酸盐气溶胶的作用略小。黑碳气溶胶使得北方和南方区域平均到达地表的太阳短波辐射分别减少了6.5 W m-2和5.8 W m-2,而地表气温则分别增加了0.053 K和0.017 K,相比于间接效应,黑碳气溶胶的直接效应的影响更加显著。     

层状云人工增雨宏观判据在MICAPS平台上的演示与应用

针对地市级普遍缺乏可业务应用的人工增雨潜力实时分析及预测系统的情况,以常规探空资料和T213数值预报产品为基础资料,开发了几种人工增雨宏观诊断场,并实现了这些诊断场的定时自动处理和在MICAPS平台上的实时分析显示.其中,冰面过饱和度可诊断“冰水转化区”的垂直分布,进而为确定合适的播撒高度提供判据.T-Td垂直分布可反映准饱和湿层伸展的高度和厚度,其顶部为合适的播撒高度;特征温度层高度可提供＂播云温度窗区＂的高度和厚度,也可为进一步确定播撒高度提供判据.几种方法综合应用可确定最佳播撒高度.增雨潜力系数与降水的演变趋势很一致,可为选择合适的作业时机提供参考.以一次典型过程为例,对上述方法做了试用.为了定量确定人工增雨潜力的大小,综合考虑了各种物理量（要素）场对降水的贡献以及降水预报对宏观增雨潜力的指示意义,应用多因子权重集成法,制作人工增雨潜力等级预报,并用2004年2～5月7次层状云降水过程进行实例应用检验,证明具有一定效果.     

植被变化对辽西夏季气候影响的数值试验

利用2001年6、7、8月份的资料及中尺度模式MM5V3．5对当年夏季辽西生态脆弱区进行了气候模拟性能试验，模拟出植被退化和恢复后辽西地区的温度变化。试验结果表明：在辽西部分地区植被退化后，当地夏季平均温度明显升高；在部分地区植被恢复后，当地夏季平均温度降低；在下垫面状况改变的周边地区，平均温度有一定程度的变化。同时，植被状况的改变对高空气压场和温度场也产生一定影响。     

The Effect of Super Volcanic Eruptions on Ozone Depletion in a Chemistry–Climate Model

With the gradual yet unequivocal phasing out of ozone depleting substances(ODSs), the environmental crisis caused by the discovery of an ozone hole over the Antarctic has lessened in severity and a promising recovery of the ozone layer is predicted in this century. However, strong volcanic activity can also cause ozone depletion that might be severe enough to threaten the existence of life on Earth. In this study, a transport model and a coupled chemistry–climate model were used to simulate the impacts of super volcanoes on ozone depletion. The volcanic eruptions in the experiments were the 1991 Mount Pinatubo eruption and a 100 × Pinatubo size eruption. The results show that the percentage of global mean total column ozone depletion in the 2050 RCP8.5 100 × Pinatubo scenario is approximately 6% compared to two years before the eruption and 6.4% in tropics. An identical simulation, 100 × Pinatubo eruption only with natural source ODSs, produces an ozone depletion of 2.5% compared to two years before the eruption, and with 4.4% loss in the tropics. Based on the model results,the reduced ODSs and stratospheric cooling lighten the ozone depletion after super volcanic eruption.