积云中硫酸盐形成机制的研究

本文在参数化云物理模式与化学模式的基础上讨论了积云降水过程中,云内硫酸盐形成的各种反应机制的相对重要性。计算结果表明:在反应的初始降段,(SIV)的H_2O_2液相氧化的氧化速率最大,即对云内硫酸盐形成的贡献为最大。随着反应的进行,其氧化速率很快减小,S(IV)的O_3液相氧化成为硫酸盐形成的最重要的来源。S(IV)的Fe~(3+)、Mn~(2+)催化氧化及SO_2的气相反应的贡献相对来说比较小。计算结果表明:在积云降水过程中,液相反应对云内硫酸盐形成的重要性大于气相反应。     

硫酸盐和碳黑气溶胶辐射效应的研究

该文在辐射方案中硫酸盐和碳黑气溶胶辐射效应进行了研究，估算了这两种气溶胶成分的辐射强迫，在气溶胶－辐射方案中考虑了：（１）具有不同尺度的硫酸盐和碳黑气溶胶在太阳辐射波长范围内的光学性质；（２）硫酸盐和碳黑气溶胶浓度的比例变化；（３）硫酸盐和碳黑气溶胶的混合形式，当硫酸盐气溶胶和碳黑气溶胶同时存在时，碳黑气溶胶的加热作用与硫酸盐气溶胶的冷却作用相叠加，会使大气顶的负辐射强迫量减少，减少的负辐射强迫量     

海盐气溶胶和硫酸盐气溶胶在云微物理过程中的作用

利用大气气溶胶和云分档模式研究海盐气溶胶和硫酸盐气溶胶在云微物理过程中的作用, 计算结果表明:云中液态水含量随高度的分布并不随海盐、硫酸盐的数目以及云团上升速度的变化而变化; 随着云滴数目的增加, 云滴的有效半径会减小; 硫酸盐对云滴数目影响起主导作用, 海盐在水汽相对充足情况下增加了云滴数目, 在水汽相对不足的情况下减少了云滴数目; 硫酸盐粒子浓度特别强的情况下 (人类活动污染比较严重时), 如果水汽相对不足, 云滴数目会明显小于硫酸盐粒子浓度; 而海盐粒子的存在, 加剧了水汽的供应不足, 从而可以在很大程度上进一步降低云滴数目。也就是说, 在有些情况下, 如果不考虑海盐气溶胶的作用, 硫酸盐气溶胶对云特性的影响会被过高估计。     

中国地区硫酸盐气溶胶的分布特征

建立了一个三维欧拉型排放/输送/转化/沉降模式,其主要特点是采用独立的气相化学子模式计算各种不同条件下SO2的转化速率,建立转化率的数据库,直接为欧拉模式调用,并对液相化学和湿清除过程进行了参数化处理。这样使模式既考虑了大气化学过程的非线性,又具有较高的计算效率,能够方便地计算年（季）尺度的硫酸盐气溶胶SO2-4的浓度分布。利用中尺度气象模式MM4和欧拉输送模式模拟了中国地区硫酸盐气溶胶的时空分布,其结果可以方便地应用到考虑硫酸盐气溶胶气候效应的气候模式中去。     

硫酸盐气溶胶对全球水循环因子的影响

  利用卫星资料进一步检验了CAM3.0模式对云的模拟能力,该模式可以较好地再现全球云的分布和季节变化的主要特征。在硫循环过程与辐射和动力过程之间双向耦合的情况下,探讨了硫酸盐气溶胶直接气候效应对水循环过程的影响。模式较好地模拟了硫酸盐气溶胶的浓度和分布变化。硫酸盐气溶胶对水循环因子的影响在不同季节和区域是不同的,其中,北半球夏季的影响最大,这是因为北半球夏季硫酸盐浓度最高。纬向平均的云量、降水和水汽的变化形势大部分相似,存在比较密切的联系。     

温室气体和硫酸盐气溶胶的辐射强迫作用

对GOALS4 .0海 陆 气耦合模式的相关部分进行了改进 ,主要改进包括温室气体的扩充和硫酸盐气溶胶“显式”方案的引入 ,并引入 2 0世纪温室气体的实际浓度变化以及硫循环模式模拟的硫酸盐气溶胶的三维全球浓度分布 ,模拟了温室气体和硫酸盐气溶胶造成的辐射强迫的空间分布和时间变化。全球平均的温室气体和硫酸盐气溶胶的辐射强迫分别为 2 .17W /m2 和 - 0 .2 9W /m2 ;温室气体造成的辐射强迫在空间上呈现明显的纬向结构 ,最大值 (大于 2 .5W/m2 )和最小值 (小于 1W /m2 )分别位于副热带和两极地区 ,在北半球主要工业区硫酸盐气溶胶的辐射强迫绝对值接近温室气体的辐射强迫值 (大于 - 2 .0W /m2 )。     

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.     

硫酸盐和黑碳气溶胶影响南海夏季风爆发的数值模拟研究

硫酸盐气溶胶(SO₄^2-)和黑碳气溶胶(BC)可以通过散射或吸收太阳辐射改变地气系统能量收支,进而引起局地热力和云过程变化乃至大气环流的调整而影响气候系统。南海夏季风(SCSSM)作为东亚夏季风的子系统之一,与东亚大气环流和降水有着重要的相互影响。前人对SO₄^2-和BC对东亚副热带季风已有详细研究,但对SO₄^2-和BC影响南海夏季风的机制研究较少。本研究利用CESM(The Community Earth System Model)模式CAM5.1模块模拟研究了SO₄^2-和BC对南海—华南经向海陆热力差异、中南半岛对流、西太平洋副热带高压(西太副高)断裂以及南海夏季风爆发的影响,重点探讨了气溶胶影响SCSSM爆发的动力和热力机制。模拟试验结果表明,SO₄^2-和BC均有利于中南半岛对流层整层大气稳定性增强,引发了中南半岛上空的下沉气流异常,动力上抑制了中南半岛对流,分别使...     

夏季硫酸盐和黑碳气溶胶对中国云特性的影响

利用WRF-Chem（Weather Research and Forecasting model coupled with Chemistry）模式研究2006年8月1日—9月1日中国区域硫酸盐和黑碳气溶胶对云特性的影响。模式验证利用了卫星和地面观测的气象要素、化学物质浓度、气溶胶光学特性和云微物理特性。模式性能评估表明该模式能较好地抓住气象要素（温度、降水、相对湿度和风速）的量级和空间分布特征。通过与地面观测和MODIS卫星数据对比发现,尽管模式模拟还存在偏差,但还是能较好模拟出气溶胶物种的地表浓度、气溶胶光学厚度（AOD）、云光学厚度（COD）、云量（CLDF）、云顶云滴有效半径（CER）和云水路径（LWP）。通过两个敏感性试验（分别增加二氧化硫和黑碳排放量至控制试验排放的3倍）与控制试验的对比发现硫酸盐比黑碳更易成为云凝结核,在中国东部云顶云滴数浓度和其它云特性参数对二氧化硫排放增加的响应均从北向南呈递增,这与地面湿度分布有关。云滴有效半径对硫酸盐气溶胶的响应符合气溶胶第一间接效应的定义,即硫酸盐气溶胶增多,云滴数浓度增加,云滴有效半径减少,但是对黑碳气溶胶的响应在各区域不尽相同。还发现黑碳对云量的影响远大于硫酸盐,主要原因是由于黑碳气溶胶直接辐射效应（对太阳光的吸收）导致的云的“燃烧”作用。      

用区域气候模式模拟人为硫酸盐气溶胶在气候变化中的作用

使用新版RegCM2区域气候模式，单向嵌套澳大利亚CSIROR21L9全球海-气耦合模式，在C02加倍情况下引人人为硫酸盐气溶胶直接气候效应，进行了其对中国气候变化影响的试验。结果表明，硫酸盐气溶胶的直接气候效应，对地面气温为降温作用，其中在冬半年和在南方更明显；对降水的影响为全国各月平均降水将以减少为主，年平均降水变化的基本特点为在中国东部以减少为主，西部以增加为主。但无论温度还是降水变化的数值都很小。     

A Study of Shallow Cumulus Cloud Droplet Dispersion by Large Eddy Simulations

Cloud droplet dispersion is an important parameter in estimating aerosol indirect effect on climate in general circulation models (GCMs). This study investigates droplet dispersion in shallow cumulus clouds under different aerosol conditions using three-dimensional large eddy simulations (LES). It is found that cloud droplet mean radius, standard deviation, and relative dispersion generally decrease as aerosol mixing ratio increases from 25 mg⁻¹ (clean case) to 100 mg⁻¹ (moderate case), and to 2000 mg⁻¹ (polluted case). Under all the three simulated aerosol conditions, cloud droplet mean radius and standard deviation increase with height. However, droplet relative dispersion increases with height only in the polluted case, and does not vary with height in the clean and moderate cases.     

A Modeling Study of the Climate Effects of Sulfate and Carbonaceous Aerosols over China

In this paper, the RIEMS 2.0 model is used to simulate the distribution of sulfate, black carbon, and organic carbon aerosols over China (16.2°-44.1°N, 93.4°-132.4°E) in 1998. The climate effects of these three anthropogenic aerosols are also simulated. The results are summarized as follows: (1) The regional average column burdens of sulfate, BC, OC, and SOC were 5.9, 0.24, 2.4, and 0.49 mg m-2, with maxima of 33.9, 1.48, 7.3, and 1.1 mg m-2, respectively. The column burden and surface concentration of seco...     

中国地区气溶胶的辐射强迫及其气候响应试验

根据国内测定的排放因子数据和国家、部委及各省市统计年鉴公布的排放源数据,得到的中国大陆的1°×1°网格精度的SO2的排放分布,计算了中国地区人为扰动气溶胶的辐射强迫。应用近期开发的二维能量平衡模式计算了由该种气溶胶所引起的中国地区地面温度变化。模式结果表明,最大辐射强迫和最大地面温度变化都集中在中国的沿海和四川地区。最大辐射强迫达3 W/m2。     

关于积云增雨和实施方案的探讨

在综合雷雨云式的积云降水特点和归纳观测及理论结果的基础上,用数值模拟研究了阵雨形成机制,发现雷雨云式的积云结构类似于雹云,也存在着水平风“零域”和成雨“穴道”,大粒子群向这里集中并累积,然后再下泻成阵雨。据此提出了积云人工增雨的动力学根据和设计实施方案的要领,并给出了积云人工增雨作业部位、时机的概念模型。     

沙尘气溶胶粒子表面变性对云滴形成过程的影响

利用1997年5月14日辽宁省气溶胶和云滴谱航测资料,讨论了沙尘气溶胶粒子表面变性产生的不溶性沙尘粒子外包可溶性硫酸铵层的混合气溶胶粒子作为凝结核的增长规律,计算了由混和核形成的云滴谱特征,并与纯硫酸铵盐核进行对比.结果表明:混和核上初期形成的云滴谱型比纯硫酸铵盐核上初期形成的云滴谱型要宽,更接近实际观测到的云滴谱分布.     

梅雨静止锋积云群整体属性的诊断研究

本文利用积云群整体诊断模式，对一次梅雨静止锋暴雨过程的积云对流活动进行研究，计算了质量通量、云内温度、比湿、液态水等积云属性，讨论了云中凝结蒸发过程以及对流能量输送特征。结果表明，梅雨积云质量通量比热带扰动大，但积云的发展高度不及热带深厚对流；积云群的降水效率约为50％；潜热在对流能量铅直输送中占显著地位，其量值远大于热带扰动中的对流活动。     

用STEM—Ⅱ模式研究东亚地区春季沙尘气溶胶对硫化物输送和沉降的影响

利用ＳＴＥＭ－ＩＩ三维区域尺度大气化学模式,研究了１９９４年３月１日至１４日东亚地区春季沙尘气溶胶对硫化物输送和沉降的影响。结果表明,ＳＯ２和ＳＯ２４的大值区主要出现在我国东部地区。在模拟时段,日本地区火山源的排放对该地区大气中Ｓ分布的贡献达１０％～３０％。并与当时飞机的观测结果相吻合。模拟区域内ＳＯ２和ＳＯ２４的收支的分析研究表明,在硫的总排放量中,从东边界面流出去的输送通量最大,并出现在３０～４００Ｎ带的２～６ｋｍ高度上,这是与该地区最大的人为排放源所在地相一致的。最后,给出了模拟时段整个对流层大气ＳＯ２－４气溶胶含量的分布,还仨算了ＳＯ２－４气溶胶对地气系统的直接辐射强迫和温度变化的影响。     

On the Retrieval of Volcanic Sulfur Dioxide Emissions from GOME Backscatter Measurements

We focus on the retrieval of volcanic sulfur dioxide (SO₂) emissions from an analysis of atmospheric UV backscatter spectra obtained by the Global Ozone Monitoring Experiment (GOME) spectrometer on board the ESA European Remote Sensing Satellite (ERS-2). Here, the last major eruptions of Mt. Etna on Sicily (Italy) in July/August 2001 and October/November 2002 provided an excellent opportunity to study the retrieval of SO₂ columnar amounts from ground-based, LIDAR and satellite measurements. Our study shows that the bulk of emitted SO₂ was confined in the troposphere, mainly between 700 hPa and 400 hPa which is confirmed by trajectory analysis, by LIDAR observations and AVHRR observations. The area of influence of Mt. Etna eruptions ranges from the Western Saharan Desert to Greece and the near east states and even down to the basin of Tschad, Africa. Our analysis revealed that information about the plume height of volcanic eruptions and aerosol parameters is necessary for a reliable quantitative retrieval of SO₂ from space-borne sensor data at periods perturbed by volcanic eruptions.     

Characteristics of Anthropogenic Sulfate and Carbonaceous Aerosols over East Asia： Regional Modeling and Observation

The authors present spatial and temporal characteristics of anthropogenic sulfate and carbonaceous aerosols over East Asia using a 3-D coupled regional climate-chemistry-aerosol model, and compare the simulation with the limited aerosol observations over the region. The aerosol module consists of SO2, SO4^2-, hydrophobic and hydrophilic black carbon （BC） and organic carbon compounds （OC）, including emission, advections, dry and wet deposition, and chemical production and conversion. The simulated patterns of SO2 are closely tied to its emission rate, with sharp gradients between the highly polluted regions and more rural areas. Chemical conversion （especially in the aqueous phase） and dry deposition remove 60% and 30% of the total SO2 emission, respectively. The SO4^2- shows less horizontal gradient and seasonality than SO2, with wet deposition （60%） and export （27%） being two major sinks. Carbonaceous aerosols are spatially smoother than sulfur species. The aging process transforms more than 80% of hydrophobic BC and OC to hydrophilic components, which are removed by wet deposition （60%） and export （30%）. The simulated spatial and seasonal SO4^2-, BC and OC aerosol concentrations and total aerosol optical depth are generally consistent with the observations in rural areas over East Asia, with lower bias in simulated OC aerosols, likely due to the underestimation of anthropogenic OC emissions and missing treatment of secondary organic carbon. The results suggest that our model is a useful tool for characterizing the anthropogenic aerosol cycle and for assessing its potential climatic and environmental effects in future studies.