中国地区工业硫酸盐气溶胶对辐射和温度的影响

 将大气化学模式和区域气候模式连接,以中国地区1994年1,4,7,10月为研究对象,模拟了气候变化,并分析了由于大气化学过程形成的硫酸盐气溶胶的对地气系统辐射收支、温度、降水量等气候因子的影响.通过分析发现:硫酸盐气溶胶在晴空大气顶和云天大气顶处产生负的辐射强迫,将使地表温度下降,使降水量减少.     

一个区域气候-化学耦合模式的研制及初步应用

将区域气候模式RegCM 2和对流层大气化学模式TACM相耦合 ,建立了一个区域气候 -化学模式系统 (RegCCMS) ,主要用于对流层臭氧和硫酸盐气溶胶的时空分布、辐射强迫和气候效应研究 .利用 2 0 0 0年 7月NCEP再分析资料和RegCCMS模拟了东亚地区夏季对流层臭氧和硫酸盐气溶胶的空间分布 ,估计了相应的辐射强迫以及对近地面气温变化的影响 .研究表明我国夏季对流层臭氧和硫酸盐的月均最大地面浓度分别为 1 2 5× 1 0 - 9和 8μg/m3.对流层臭氧的平均辐射强迫为 0 .3 9W /m2 ,硫酸盐气溶胶的平均直接辐射强迫为 - 0 .92W /m2 ,两者皆在西南、华南和华中地区出现极值中心 .硫酸盐气溶胶的平均间接辐射强迫为 - 0 .2W /m2 ,华东和华南沿海地区相对较强 .在局部地区 ,对流层臭氧和硫酸盐气溶胶的辐射强迫高于IPCC( 2 0 0 1 )报导值 .总体而言 ,对流层臭氧可能导致的增暖效应明显弱于硫酸盐气溶胶的冷却效应 ,因此 ,净辐射强迫为负值 ,两者的综合效应造成近地面平均气温下降 - 0 .2℃ .西南地区降温较为明显 ,最大幅度达到 - 0 .5 7℃ .     

区域气候模式和大气化学模式对中国地区气候变化和对流层臭氧分布的模拟

在区域气候模式的基础上引入了对流层大气化学模式，并实现两的双向反馈连接，利用该模式系统模拟中国地区对流层大气臭氧和区域气候，发现东亚季风是影响中国地区对流层大气臭氧分布的重要原因，并且对流层臭氧分布局域性较为明显。模拟也得到了模拟区域气候的四个典型月特征，并与分析资料对比验证了所得结果。此外利用大气化学模式计算的臭氧反馈到区域气候模型中，模拟对流层臭氧增加背景下。模拟区域内晴空辐射强迫的变化。     

亚洲地区沙尘和人为气溶胶的分布及气候效应

利用耦合气溶胶化学过程的高分辨率区域气候模式RegCM4,模拟研究了2000~2009年亚洲地区沙尘和3种人为气溶胶（硫酸盐、黑碳、有机碳）的时空分布和直接气候效应。结果表明,模拟的气溶胶光学厚度在沙尘源区附近较为准确,但在人为活动影响较大的地区偏小。4种气溶胶的综合作用引起大气层顶负的辐射强迫,从而造成了地表气温的下降。降水方面,冬夏2季气溶胶对模拟区域的影响都以降水减少为主,这与气溶胶增加大气稳定度,减少地表蒸发并产生了偏北风距平有关。沙尘和人为气溶胶各自都能引起气温的下降和降水的减少,2类气溶胶都能造成的偏北风距平对我国南方降水的减少有重要作用。在人类活动密集区,人为气溶胶引起的气候效应约占总的4种气溶胶气候效应的50%。     

中国碳气溶胶时空分布与辐射强迫的数值模拟

为了更好地了解我国区域碳气溶胶,利用意大利国际理论物理中心ICTP(International Center forTheoretical Physics)的气溶胶资料和区域气候模式R egCM 3对2000年我国碳气溶胶时空分布与辐射强迫进行了数值模拟。结果表明:我国碳气溶胶主要分布在黄河以南、青藏高原以东的广大区域,且柱含量分布具有明显的季节性。春季最大,冬季次之,夏季最小;除东部沿海等少数地区外,碳气溶胶大气顶辐射强迫在全国绝大部分地区符号均为正,而地表辐射强迫符号为负。各单种气溶胶之间存在复杂的相互作用,研究综合气溶胶分布和气候效应时,不能简单地将各单种气溶胶的作用进行叠加。     

亚洲地区沙尘和人为气溶胶的分布及直接气候效应

利用耦合气溶胶化学过程的高分辨率区域气候模式RegCM4,模拟研究了2000~2009年亚洲地区沙尘和3种人为气溶胶（硫酸盐、黑碳、有机碳）的时空分布和直接气候效应。结果表明,模拟的气溶胶光学厚度在沙尘源区附近较为准确,但在人为活动影响较大的地区偏小。4种气溶胶的综合作用引起大气层顶负的辐射强迫,从而造成了地表气温的下降。降水方面,冬夏两季气溶胶对模拟区域的影响都以降水减少为主,这与气溶胶增加了大气稳定度,减少了地表蒸发并产生了偏北风距平有关。沙尘和人为气溶胶各自都能引起气温的下降和降水的减少,两类气溶胶都能造成的偏北风距平对我国南方降水的减少有重要作用。在人类活动密集区,人为气溶胶引起的气候效应约占总的4种气溶胶气候效应的50%。     

我国春季大气沙尘气溶胶分布和短波辐射效应的数值模拟

利用已建立的区域气候模式与大气化学模式耦和的模拟系统 ,在气候模式中引入了起沙机制 ,同时建立了与气候模式连接的沙尘气溶胶输送模式 ,模拟沙尘的输送、扩散、沉降等过程 .通过对 1 998年 4月的模拟 ,分析得到中国地区沙尘气溶胶的主要源区分布情况、沙尘的浓度分布特点和光学厚度特征 ,并且将一次沙尘暴个例与同期卫星观测的气溶胶指数分布做了对比 .进一步模拟了沙尘气溶胶辐射效应 ,发现沙尘气溶胶能减少地面的辐射净收入 ,使南方的大气辐射收入减少 ,使北方的大气辐射收入增加 .由于沙尘气溶胶对辐射的削弱使地面气温有显著降低     

中国地区大气硫化物分布和输送基本特征的模拟研究

 在区域气候模式的基础上连接大气化学模式,利用耦合的模式系统模拟了中国地区大气二氧化硫和硫酸盐分布和季节变化,发现大气中二氧化硫在冬春季大,夏秋季小.硫酸盐气溶胶浓度在夏季最大,并且从地面到高空单调递减,其浓度的季节变化在400hPa以下最明显.     

模拟区域气候变化的模式系统的建立及其效能检验

建立了一个富有特色的模拟区域气候变化的模式系统．该模式系统对模式中陡峭地形的处理方法进行了改进，并且在云量参数化方案中考虑了大气的动力学结构．其中大气模式与海洋模式和土壤模式简单耦合，和ＧＣＭ单向嵌套以反映大气环流背景对区域气候的影响．通过对模拟结果的比较和检验，发现区域模式对侧边界条件的依赖性很强，客观真实的侧边界条件是模式能够正确模拟区域气候要素的最重要的条件之一．模式分辨率的提高，中尺度强迫如地形高度和下垫面类型的细致刻划，都有利于气候要素场特别是边界层和地表气候状况模拟效果的改善．     

中国春季沙尘气溶胶的辐射效应及对气候影响的研究

本文在区域气候模式RIEMS2．0中引入沙尘气溶胶的起沙机制,同时建立了与气候模式连接的沙尘气溶胶输送模式,并在辐射模块中加入沙尘气溶胶的影响,模拟沙尘气溶胶的输送、扩散、沉降等过程以及对辐射的影响．利用此模式得到了1998年春季3、4、5月中国地区沙尘气溶胶的主要源区分布、沙尘气溶胶的柱浓度分布、光学厚度等物理量及其辐射效应和气候效应．结果表明春季中国沙尘源区主要集中在内蒙古西部的腾格里沙漠、巴丹吉林沙漠,中部的浑善达克沙地,南疆塔克拉玛干沙漠东部,河西走廊地区以及青海的柴达木盆地附近,这些地区的起沙率大于5μg／（m^2·s）,最大为65μg／（m^2·s）;沙尘气溶胶柱浓度最大值达0．55g／m^2,出现在塔克拉玛干沙漠地区,相应的光学厚度最大值是0．50．沙尘气溶胶使得中国地区地面短波辐射收入平均减小了4．10w／m^2,地面长波辐射收入增大了,＋0．46w／m^2,地面净辐射强迫为-3．64w／m^2,大气辐射收支与地面相反,净辐射强迫为＋3．10w／m^2;同时沙尘气溶胶通过影响到达地面的辐射使得地面有较强的降温,整个模拟区域平均地面气温降低了0．24K,而北方地区地面气温降低了0．37K;沙尘对于降水的影响主要体现在对小雨的影响上,沙尘气溶胶使得模拟区域内小雨减小了20％左右;另一方面,华北地区降水受沙尘气溶胶影响最大,总降水减少了13．8％,而全区域总降水只减少了2％．     

Global estimate of aerosol direct radiative forcing from satellite measurements

Atmospheric aerosols cause scattering and absorption of incoming solar radiation. Additional anthropogenic aerosols released into the atmosphere thus exert a direct radiative forcing on the climate system. The degree of present-day aerosol forcing is estimated from global models that incorporate a representation of the aerosol cycles. Although the models are compared and validated against observations, these estimates remain uncertain. Previous satellite measurements of the direct effect of aerosols contained limited information about aerosol type, and were confined to oceans only. Here we use state-of-the-art satellite-based measurements of aerosols and surface wind speed to estimate the clear-sky direct radiative forcing for 2002, incorporating measurements over land and ocean. We use a Monte Carlo approach to account for uncertainties in aerosol measurements and in the algorithm used. Probability density functions obtained for the direct radiative forcing at the top of the atmosphere give a clear-sky, global, annual average of -1.9 W m(-2) with standard deviation, +/- 0.3 W m(-2). These results suggest that present-day direct radiative forcing is stronger than present model estimates, implying future atmospheric warming greater than is presently predicted, as aerosol emissions continue to decline.     

北京地区城市化对辐射强迫的影响估算

能引起城市区域辐射强迫的因素较多,但是目前城市化引起的辐射强迫的相关研究较少.本文利用GLASS 反照率遥感数据和CERES地表短波辐射数据计算了近10年来北京地区城市化过程引起的辐射强迫,讨论了辐射强迫 的空间分布规律及数量统计特征.基于2000、2010年2期的Globeland30土地分类数据提取了城市边缘区,并结合辐射 强迫遥感数据计算了主城核心区、內缘区、各级外缘区的辐射强迫,探究了土地覆盖变化强迫因子、气候等其他强迫因子 的相对贡献大小.结果表明:近10年北京市全区域的辐射强迫为2.52 W·m-2,表现为增温效应,其中土地覆被不变区 域产生的辐射强迫为2.51W·m-2,耕地、林地是2种主要辐射强迫源;土地覆被变化区域产生的辐射强迫为2.67 W· m-2,非植被类型之间的土地覆被变化引起的平均辐射强迫为2.23W·m-2,有植被参与的土地覆被变化区域产生的辐 射强迫为2.95W·m-2;主城核心区的辐射强迫为-1.16W·m-2,表现为降温效应;辐射强迫变化与距离主城区的距离 呈先增大后减小的变化趋势.研究结果可为城市区域的辐射强迫研究提供参考,有助于了解北京市区域气候分布差异      

Forced response of atmospheric oscillations during the last millennium simulated by a climate system model

Variations in global atmospheric oscillations during the last millennium are simulated using the climate system model FGOALS_gl. The model was driven by reconstructions of both natural forcing (solar variability and volcanic aerosol) and anthropogenic forcing (greenhouse gases and sulfate aerosol). The model results are compared against proxy reconstruction data. The reconstructed North Atlantic Oscillation (NAO) was out of phase with the Pacific Decadal Oscillation (PDO) in the last millennium. During the ...     

Constraints on radiative forcing and future climate change from observations and climate model ensembles

The assessment of uncertainties in global warming projections is often based on expert judgement, because a number of key variables in climate change are poorly quantified. In particular, the sensitivity of climate to changing greenhouse-gas concentrations in the atmosphere and the radiative forcing effects by aerosols are not well constrained, leading to large uncertainties in global warming simulations. Here we present a Monte Carlo approach to produce probabilistic climate projections, using a climate model of reduced complexity. The uncertainties in the input parameters and in the model itself are taken into account, and past observations of oceanic and atmospheric warming are used to constrain the range of realistic model responses. We obtain a probability density function for the present-day total radiative forcing, giving 1.4 to 2.4 W m-2 for the 5-95 per cent confidence range, narrowing the global-mean indirect aerosol effect to the range of 0 to -1.2 W m-2. Ensemble simulations for two illustrative emission scenarios suggest a 40 per cent probability that global-mean surface temperature increase will exceed the range predicted by the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC), but only a 5 per cent probability that warming will fall below that range.     

Large differences in tropical aerosol forcing at the top of the atmosphere and Earth's surface

The effect of radiative forcing by anthropogenic aerosols is one of the largest sources of uncertainty in climate predictions. Direct observations of the forcing are therefore needed, particularly for the poorly understood tropical aerosols. Here we present an observational method for quantifying aerosol forcing to within +/-5 per cent. We use calibrated satellite radiation measurements and five independent surface radiometers to quantify the aerosol forcing simultaneously at the Earth's surface and the top of the atmosphere over the tropical northern Indian Ocean. In winter, this region is covered by anthropogenic aerosols of sulphate, nitrate, organics, soot and fly ash from the south Asian continent. Accordingly, mean clear-sky solar radiative heating for the winters of 1998 and 1999 decreased at the ocean surface by 12 to 30 Wm(-2), but only by 4 to 10 Wm(-2) at the top of the atmosphere. This threefold difference (due largely to solar absorption by soot) and the large magnitude of the observed surface forcing both imply that tropical aerosols might slow down the hydrological cycle.