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。     

中国区域气溶胶对东亚夏季风的可能影响（I）：硫酸盐气溶胶的影响

 利用NCAR的新一代GCM CAM3.0模式离线耦合一个气溶胶同化系统,模拟研究了中国区域硫酸盐气溶胶的直接气候效应对东亚夏季风及其降水的影响。结果显示：中国区域硫酸盐气溶胶引起全球平均的直接辐射强迫为-0.25 W/m²,中国内陆约25°N以北普遍降温,而海表温度升高。由此导致海陆温差缩小,东亚夏季风强度减弱,中国地区季风降水明显减少,而尤以积云降水减少起主要作用。硫酸盐气溶胶对中国地区的对流活动起抑制作用。     

中国区域气溶胶对东亚夏季风的可能影响(Ⅰ):硫酸盐气溶胶的影响

利用NCAR的新一代GCM CAM3.0模式离线耦合一个气溶胶同化系统,模拟研究了中国区域硫酸盐气溶胶的直接气候效应对东亚夏季风及其降水的影响.结果显示:中国区域硫酸盐气溶胶引起全球平均的直接辐射强迫为-0.25 w/m2,中国内陆约25°N以北普遍降温,而海表温度升高.由此导致海陆温差缩小,东亚夏季风强度减弱,中国地区季风降水明显减少,而尤以积云降水减少起主要作用.硫酸盐气溶胶对中国地区的对流活动起抑制作用.     

中国区域气溶胶对东亚夏季风的可能影响（I）：硫酸盐气溶胶的影响

利用NCAR的新一代GCM CAM3.0模式离线耦合一个气溶胶同化系统,模拟研究了中国区域硫酸盐气溶胶的直接气候效应对东亚夏季风及其降水的影响。结果显示：中国区域硫酸盐气溶胶引起全球平均的直接辐射强迫为-0.25 W/m²,中国内陆约25°N以北普遍降温,而海表温度升高。由此导致海陆温差缩小,东亚夏季风强度减弱,中国地区季风降水明显减少,而尤以积云降水减少起主要作用。硫酸盐气溶胶对中国地区的对流活动起抑制作用。     

气溶胶对东亚冬季风影响的数值模拟

利用NCAR/UCAR CAM5.1模式研究气溶胶对东亚冬季风的影响。模式从1991—2010年运行20年,取2001—2010年冬季的结果。模式结果可以较好地再现东亚冬季风的主要特征。试验结果表明:气溶胶增加使我国东南部地区和东北亚地区（35°~55°N,115°~150°E）冬季风减弱,同时,造成我国东南部地区降水减少。其中,热源热汇的变化和无辐散风减弱为主要原因。气溶胶增加改变了大气热源的分布,造成在我国东南部地区热源减弱,热汇加强;我国东北地区热汇减弱,日本列岛热源加强;气溶胶增加使这些区域全位能的产生减弱,消耗加强。同时,凝结潜热的变化主要影响热源和热汇,其中大尺度过程产生的凝结潜热变化起主要作用。在我国东南部和东北亚地区辐散风动能向全位能的转换增加,造成辐散风减弱。故该区域辐散风向无辐散风的转换减弱,导致无辐散风减弱,最终造成东亚冬季风减弱。     

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。      

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。     

青藏高原地区气溶胶及其对降水影响的研究进展

青藏高原（简称高原）气溶胶主要来自周边地区的输送,近年来,随着人为污染加剧和气候条件变化,高原及周边地区气溶胶的特性和气候效应越来越受关注。而高原降水一直是高原气象与气候学的重点,气溶胶对高原降水的影响正逐渐成为研究热点。本文总结了高原气溶胶及其对降水影响的相关研究成果,从气溶胶特性观测（站点和卫星观测）研究、“气溶胶-辐射相互作用”、“气溶胶-云相互作用” 影响降水研究以及气溶胶影响降水中化学组分研究等方面进行了综述,并对未来研究方向进行了展望。     

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。     

A Modeling Study of the Effects of Direct Radiative Forcing Due to Carbonaceous Aerosol on the Climate in East Asia

The study investigated the effects of global direct radiative forcing due to carbonaceous aerosol on the climate in East Asia, using the CAM3 developed by NCAR. The results showed that carbonaceous aerosols cause negative forcing at the top of the atmosphere (TOA) and surface under clear sky conditions, but positive forcing at the TOA and weak negative forcing at the surface under all sky conditions. Hence, clouds could change the sign of the direct radiative forcing at the TOA, and weaken the forcing at the surface. Carbonaceous aerosols have distinct effects on the summer climate in East Asia. In southern China and India, it caused the surface temperature to increase, but the total cloud cover and precipitation to decrease. However, the opposite effects are caused for most of northern China and Bangladesh. Given the changes in temperature, vertical velocity, and surface streamflow caused by carbonaceous aerosol in this simulation, carbonaceous aerosol could also induce summer precipitation to decrease in southern China but increase in northern China.     

气溶胶与气候

气溶胶粒子对气候系统的辐射平衡有重要影响。气溶胶对气候的影响可分为两大方面,即直接影响和间接影响。直接影响指大气中的气溶胶粒子吸收和散射太阳辐射和地面射出长波辐射从而影响地－气辐射收支。模式计算表明,人类活动引起大气气溶胶增加倾向于使地球表面降温,工业化以来,气溶胶增加引起的地面变冷趋势可部分抵销温室气体增加引起的地表温度上升。气溶胶对气候的间接影响是指气溶胶浓度变化会影响云的形成,而云的变化反过来对气候有巨大影响,这方面至今还没有定量结果。       

Assessment of Individual Direct Radiative Effects of Major Aerosol Species in East Asia

To assess individual direct radiative effects of diverse aerosol species on a regional scale,the air quality modeling system RAMS-CMAQ(Regional Atmospheric Modeling System and Community Multiscale Air Quality) coupled with an aerosol optical properties/radiative transfer module was used to simulate the temporal and spatial distributions of their optical and radiative properties over East Asia throughout 2005.Annual and seasonal averaged aerosol direct radiative forcing(ADRF) of all important aerosols and individual components,such as sulfate,nitrate,ammonium,black carbon(BC),organic carbon(OC),and dust at top-of-atmosphere(TOA) in clear sky are analyzed.Analysis of the model results shows that the annual average ADRF of all important aerosols was in the range of 0 to-18 W m?2,with the maximum values mainly distributed over the Sichuan Basin.The direct radiative effects of sulfate,nitrate,and ammonium make up most of the total ADRF in East Asia,being concentrated mainly over North and Southeast China.The model domain is also divided into seven regions based on different administrative regions or countries to investigate detailed information about regional ADRF variations over East Asia.The model results show that the ADRFs of sulfate,ammonium,BC,and OC were stronger in summer and weaker in winter over most regions of East Asia,except over Southeast Asia.The seasonal variation in the ADRF of nitrate exhibited the opposite trend.A strong ADRF of dust mainly appeared in spring over Northwest China and Mongolia.     

GMS卫星遥感中国地区气溶胶光学厚度

讨论了利用GMS卫星遥感湖面上空气溶胶光学厚度的方法,根据在5个湖面附近与多波段光度计遥感结果的比较,对卫星遥感的方法和结果进行了检验,然后利用该方法遥感了中国大陆25个湖面上空气溶胶光学厚度.结果显示,利用卫星反演湖面光学厚度可以提供大陆上空气溶胶的信息,是研究大陆上空气溶胶光学厚度一个可行的方法.     

黑碳气溶胶对我国区域气候影响的数值模拟

利用区域气候模式RegCM3模拟研究了黑碳气溶胶对我国区域气候的影响。以2000年1、4、7、10月为代表,计算分析了黑碳气溶胶的辐射强迫作用、对大气温度和降水的影响及其季节变化特征。模拟结果显示：黑碳气溶胶在大气层顶产生正的辐射强迫,在地表产生负的辐射强迫;黑碳气溶胶的加入使中国大陆地区地面温度发生明显变化,并呈现显著的季节特征,即1月大部分地区的地面温度均有升高;7月北方增温、南方降温;4月和10月地面温度的变化不明显。模拟结果也表明,黑碳气溶胶的排放使我国长江中下游等南方地区夏季降水增加,而北方部分地区降水减少。     

Simulating Aerosol Optical Depth and Direct Radiative Effects over the Tibetan Plateau with a High-Resolution CAS FGOALS-f3 Model

Current global climate models cannot resolve the complex topography over the Tibetan Plateau (TP) due to their coarse resolution. This study investigates the impacts of horizontal resolution on simulating aerosol and its direct radiative effect (DRE) over the TP by applying two horizontal resolutions of about 100 km and 25 km to the Chinese Academy of Sciences Flexible Global Ocean-Atmosphere Land System (CAS FGOALS-f3) over a 10-year period. Compared to the AErosol RObotic NETwork observations, a high-resolution model (HRM) can better reproduce the spatial distribution and seasonal cycles of aerosol optical depth (AOD) compared to a low-resolution model (LRM). The HRM bias and RMSE of AOD decreased by 0.08 and 0.12, and the correlation coefficient increased by 0.22 compared to the LRM. An LRM is not sufficient to reproduce the aerosol variations associated with fine-scale topographic forcing, such as in the eastern marginal region of the TP. The difference between hydrophilic aerosols in an HRM and LRM is caused by the divergence of the simulated relative humidity (RH). More reasonable distributions and variations of RH are conducive to simulating hydrophilic aerosols. An increase of the 10-m wind speed in winter by an HRM leads to increased dust emissions. The simulated aerosol DREs at the top of the atmosphere (TOA) and at the surface by the HRM are –0.76 W m^–2 and –8.72 W m^–2 over the TP, respectively. Both resolution models can capture the key feature that dust TOA DRE transitions from positive in spring to negative in the other seasons.     

Direct Climatic Effect of Dust Aerosol in the NCAR Community Atmosphere Model Version 3 （CAM3）

Direct climate responses to dust shortwave and longwave radiative forcing (RF) are studied using the NCAR Community Atmosphere Model Version 3 (CAM3). The simulated RF at the top of the atmosphere (TOA) is-0.45 W m-2 in the solar spectrum and +0.09 W m-2 in the thermal spectrum on a global average. The magnitude of surface RF is larger than the TOA forcing, with global mean shortwave forcing of-1.76 W m-2 and longwave forcing of +0.31 W m-2 . As a result, dust aerosol causes the absorption of 1.1 W m-2 in t...     

黑碳气溶胶的气候效应和拓展的研究领域

 黑碳气溶胶不仅是全球变暖的重要影响因子,也可能对气候系统的多个参数产生影响,如大气环流、云和降水等。随着研究的深入,与黑碳有关的研究领域已经拓展到黑碳气溶胶与碳循环和大气环流的相互作用、黑碳表面与活性气态物种间的相互作用等方面。在评述国内外有关研究新进展的基础上,展望了黑碳气溶胶未来的研究领域。