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。     

中国中东部地区硫酸盐气溶胶直接辐射强迫及气候效应的数值模拟

分析了MODIS卫星资料反演的2001年我国中东部地区气溶胶光学厚度的时空分布特征,并利用中尺度数值模式MM5对该地区硫酸盐气溶胶的直接辐射强迫及其气候效应进行了模拟。结果表明：2001年四川盆地、长江中下游地区、黄淮一带及两广等地区气溶胶光学厚度较大。各季光学厚度变化不同,全年以春季最大。地面温度响应呈现出明显的区域季节变化特征,主要表现为冬、春、秋季南方降温幅度明显,夏季北方降温幅度明显。就区域平均而言,2001年中东部地区晴空时气溶胶辐射强迫以春季最大,达-34.53 W/m2;夏季次之,达-22.76 W/m2;冬季再次,达-22.57 W/m2;秋季最小,达-20 W/m2。地面降温则以冬季最大,达-0.65℃;秋季次之,达-0.37 ℃;春季再次,达-0.34 ℃;夏季最小,达-0.09 ℃。     

中国地区黑碳气溶胶的第一间接辐射强迫与气候效应

将区域气候模式（RegCM3）与对流层大气化学模式（TACM）耦合, 建立区域气候化学模拟系统（RegCCMS）, 用以模拟研究中国地区黑碳气溶胶的空间分布、 第一间接辐射强迫及其气候效应。利用RegCCMS模式对2003年1月和7月进行模拟, 结果表明, 我国黑碳气溶胶主要集中在四川、 河北、 山东等地, 1月份浓度最高值中心在四川, 达到4 μg·m-3; 而在7月则出现在华中地区, 高值中心值为3.5 μg·m-3。地面浓度的季节差异不是很明显。1月和7月由黑碳气溶胶所造成的第一间接辐射强迫全国平均值分别为-0.389 W·m-2和-1.18 W·m-2, 局部地区达到-4～-4.5 W·m-2。敏感性试验结果表明, 考虑黑碳气溶胶的第一间接气候效应后, 使得近地面气温下降, 降水减少, 1月变化的平均值分别为-0.025K和-0.0027 mm·d-1, 7月变化的平均值分别为-0.16K和-0.095 mm·d-1, 在不同季节和地区, 气温和降水的变化存在明显差异。     

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.     

中国地区硫酸盐气溶胶的第一间接气候效应研究

将区域气候模式(RegCM3)与对流层大气化学模拟(TACM)耦合,建立区域气候化学模拟系统(RegCCMS),用以模拟中国地区硫酸盐气溶胶的空间分布、第一间接辐射强迫及其气候效应。研究结果表明,中国地区硫酸盐气溶胶主要集中在四川、河南、山东等地,秋冬季浓度较高而夏季浓度较低。1月份浓度最高值中心在四川,最高达到50μg/m3,而7月则出现在河南等地,浓度最高达10μg/m3。1、4、7、10月硫酸盐气溶胶的第一间接辐射强迫全国平均值分别为-1.80、-2.75、-3.43、-1.83 W/m2,局部地区可达-12 W/m2。敏感性试验结果表明,硫酸盐气溶胶的第一间接效应引起气温降低,降水减少,在不同季节和地区气温和降水的变化存在明显差异。     

浑善达克沙地沙尘气溶胶的辐射强迫

利用2001年春季浑善达克沙地外场观测的辐射资料及大气辐射模式,对沙尘气溶胶的局地辐射强迫进行了分析和模拟估算。计算结果表明,浑善达克沙地大气透过率日变化显著,晴天可达0.80以上,沙尘天气最低在0.01以下;白天沙尘的辐射强迫对地表有冷却作用,夜间起保温作用。观测期间,平均大气透过率为0.6,白天沙尘对地面向下长波辐射的平均强迫增加量为16.76 W.m-2,对地面净辐射能收支的平均强迫减少量为62.76 W.m-2;夜间地表长波辐射净损失量因沙尘作用减少,平均为67.84 W.m-2。     

中国地区气溶胶气候效应研究进展

在过去的20多年里,中外对硫酸盐气溶胶做了大量的研究,对它在大气中的排放、含量、光学特征和辐射强迫有了深入的认识;由于硝酸盐气溶胶在大气中平均含量比硫酸盐低很多,因此过去人们对硝酸盐的研究没有给予重视。然而,近年来的研究表明,硝酸盐气溶胶的散射性质在某些波段甚至强于硫酸盐;同时,由于未来对人为硫酸盐前体物的减排,硫酸盐气溶胶排放会大幅度减少,而硝酸盐气溶胶的排放却增长迅速,其在人为气溶胶中所占的比重越来越高,将会导致其在未来造成的辐射强迫有可能超过硫酸盐,使得其在地区范围内和季节尺度上成为重要的辐射强迫和气候影响因子。中国是硝酸盐气溶胶排放量较大的地区,硝酸盐对未来中国气候和气候变化的影响显得越来越重要。因此,就近年来有关硝酸盐气溶胶的排放和在大气中的浓度变化、光学厚度分布特征及其辐射强迫的研究进展做了回顾和介绍,并对其未来的研究做了展望。     

中国硫酸盐气溶胶及其辐射强迫的模拟

根据2000年污染源排放资料,利用中尺度气象模式和欧拉输送模式模拟了中国地区硫酸盐气溶胶的分布,估计了硫酸盐气溶胶对地面—对流层大气系统造成的直接辐射强迫,并估算了间接辐射强迫。结果表明,硫酸盐的分布集中在华中、华东和西南地区;硫酸盐的柱含量、辐射强迫都具有明显的季节变化特征,直接辐射强迫表现为冬春季强,夏秋季较弱,全年平均辐射强迫值为-0.71W·m-2;间接辐射强迫表现为夏秋季强,冬春季弱,全年平均值为-0.48W·m-2。     

中国地区春季沙尘气溶胶短波辐射气候效应数值模拟研究

利用耦合了起沙模型(MEDM)的区域气候模式RegCM3,模拟研究了2000年春季中国地区沙尘气溶胶短波辐射气候效应。结果表明,春季中国沙尘气溶胶垂直负荷的大值区主要位于南疆盆地和阿拉善高原。引入沙尘气溶胶后,中国地区地表均出现负的辐射强迫,地面气温普遍降低,中低层(400 hPa层以下)大气温度则呈上升趋势。沙尘源区及其下游地区总云量及降水主要呈减少趋势,云量与降水的分布特征与空中流场的变化趋势一致性较好。     

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。     

中国区域人为热释放的气候强迫

研究了1978～2008年中国地区及各省、市、自治区、特别行政区人为热释放造成的气候强迫与不同地区间的人口、能源消费状况和人为热释放的气候强迫的关系,并试图对未来人为热释放的气候强迫做出预估.结果表明,近30年中国地区平均人为热释放造成的气候强迫迅速增加,1978年其值约为0.07 W·m-2,但2008年则增至0.28 W·m-2.另外,中国人为热释放的气候强迫呈典型地域分布特征,华北、华东、华中和华南等经济发达地区明显高于周围其他地区,而西北地区整体上来说则很小,地区分布很不均匀.这种不均匀分布的特征,可能对区域气候、甚至全球气候造成影响.     

东亚地区人为硫酸盐的直接辐射强迫

利用三维区域欧拉型硫化物输送模式 ,研究了 90年代中期东亚地区人为硫酸盐柱含量的空间分布。在此基础上 ,利用一个两层多次反射模式估算了东亚地区人为硫酸盐气溶胶直接辐射强迫 ,并分析了辐射强迫的地理分布和季节变化特征。结果表明 ,东亚地区年平均的人为硫酸盐直接辐射强迫约为 - 0 .7W·m-2 。直接辐射强迫空间分布具有明显的季节变化和区域特征 ,辐射强迫的这种变化特征强烈地依赖于人为硫酸盐柱含量的季节变化和区域分布。     

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.     

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.     

Comments on ``Direct Radiative Forcing of Anthropogenic Aerosols over Oceans from Satellite Observation"

Previous observational studies have estimated anthropogenic aerosol direct radiative forcing over oceans without due consideration of cloudy-sky aerosols.However,when interaction between clouds and aerosols located below or above the cloud level is taken into account,the aerosol direct radiative forcing is larger by as much as 5 W m-2 in most mid-latitude regions in the Northern Hemisphere.     

中国黑碳气溶胶分布特征与辐射强迫的模拟研究

利用区域气候模式RegCM3模拟2000年我国黑碳气溶胶的分布特征和辐射强迫。结果表明,黑碳气溶胶主要分布在我国黄河以南、青藏高原以东的广大区域,柱含量由南向北递减;柱含量最大值在0.6mg／m^2以上,出现在中南、四川盆地、湖南、贵州、广西、广东西部和云南南部等地区;青藏高原南侧黑碳气溶胶次高值区的存在,反映了气溶胶的跨国界输送并影响区域气候的特点。黑碳气溶胶的大气顶辐射强迫介于0.1—0.8w／m^2之间,地表辐射强迫介于-0.1— -2.0W／m^2之间,两者分布特征与柱含量分布特征基本一致。同柱含量相似,黑碳气溶胶大气顸辐射强迫和地表辐射强迫也有明显的季节性变化,春季最大,秋、冬季次之,夏季最小。