东亚地区人为硫酸盐气溶胶辐射气候效应不同模拟方法的对比

 利用区域气候模式RegCM2与大气化学模式连接的模拟系统,研究了中国地区人为排放生成的硫酸盐气溶胶分布及其辐射气候效应,并与全球模式的结果进行了比较,同时对比了硫酸盐气溶胶辐射气候效应的在线、离线模拟方法所得结果差异的细致情况.通过以上工作表明:区域气候和大气化学耦合模式系统能在比大气环流模式更精细的尺度上获得硫酸盐分布规律和辐射气候效应;并且区域气候模式与大气化学模式的在线与离线连接方法得到的硫酸盐柱含量、有反馈和无反馈大气顶直接辐射强迫和地表温度响应在较小区域平均的尺度上存在较显著的差异,并且在全区域平均尺度上也不能被忽略;通过对气候响应的进一步分析发现:模拟结果显示了从硫酸盐含量到辐射强迫和地表温度响应逐渐加大的不确定性.     

气候研究进展和21世纪发展战略

简要回顾了近几十年来气候研究的发展,指出气候系统概念的提出、气候多平衡态和气候突变现象的发现以及对人类活动已成为推动气候系统变化的强迫力的认识是气候研究取得突破性进展的关键.认为对气候和全球变化的适应问题的研究是20世纪90年代气候研究新生的重要方向.展望21世纪,气候研究在全球系统的观测,海量资料的分析及对机理认识的深化和模式的发展方面都将会有所突破.同时,在气候研究的应用领域,如对全球变化影响的适应与可持续发展、人类有序活动与人工调节气候等方面可能取得实质性的进展.     

温室气体变化数值模拟试验中全球降水和温度变化的迟滞效应

利用耦合气候模式(GFDL-CM2.1)研究变动气候背景下全球平均降水和温度的变化。不同情景CO2 强迫试验表明, 降水变化存在明显的迟滞效应。全球平均降水与地表温度的变化存在显著的线性关系, 但是降水同时也受到CO2 浓度的直接影响。在CO2 增加又恢复的试验中, 降水变化滞后于地表温度变化, 出现降水 “迟滞效应”。在CO2 增加过程中, 温室效应增强会立即导致大气长波吸收增强, 大气获得的净辐射能量增加, 为维持大气能量收支平衡, 地面向上潜热通量受到抑制, 形成CO2 增加对降水的抑制效应。随之而来的温度上升则主要引起大气层顶出射长波辐射以及大气对地表的长波回辐射增加, 大气净辐射能量减少, 地面潜热通量增加, 从而引起降水的增加。在CO2 减少过程中, 情况正好相反, 温室效应减弱会增加降水, 而温度降低会减少降水。温度和CO2 对降水的不同影响决定了降水的迟滞效应。     

地表温度时空差异对温室效应影响的误差分析

针对目前温室气体对全球变暖的影响研究中,大都将地表温度处理为单一的平均温度的现状,在分析全球地表温度时空分布特点的基础上,分别采用将其作均一化处理以及时空积分两种不同的方法,对CO2,CH4及N2O的辐射强迫进行了计算,并预测了未来100年内CO2与CH4辐射强迫的变化情况.结果表明:CO2辐射强迫受计算方法影响最大,两种方法计算所得到的绝对差值达到了0.12W/m2,相当于6%的偏差,而且随着其浓度的不断加大,偏差还会明显增加;但是对于以CH4为首的微量温室气体,即使浓度出现大幅增加,地表温度的时空差异对其辐射强迫也不会产生显著影响;目前,CH4所产生的辐射强迫大约已经占到CO2的25%,如果能够将CH4的年浓度增长控制在1μL/m3的水平上,其100年后的辐射强迫则仅为CO2的11%,从而显著缓解由于CO2浓度持续上升对全球变暖所施加的巨大压力.     

SACOL黑碳和沙尘气溶胶辐射强迫分析

利用兰州大学半干旱气候与环境观测站(SACOL)的太阳光度计资料、AREONET气溶胶光学特性资料,采用辐射传输模式SBDART分析了SACOL典型日个例沙尘气溶胶和黑碳气溶胶的长、短波辐射强迫,探讨了不同地表反照率和天顶角对气溶胶辐射强迫的影响.分析表明,沙尘和黑碳在地表的短波辐射强迫分别是-146.54,-60 W/m~2,长波辐射强迫分别是17.79,8.66 W/m~2,短波辐射强迫是长波的6倍多,沙尘辐射强迫是黑碳的2倍多;在大气层顶沙尘和黑碳短波辐射强迫是39.04,27.2 W/m~2,长波辐射强迫为12.19,5.0 W/m~2.短波辐射强迫随地表反照率的增加而增大,长波辐射强迫随地表反照率的增加线性减小.随天顶角减小,大气层顶的短波辐射强迫线性增加,地面短波辐射强迫对数减小,长波辐射强迫随天顶角的变化很小.     

北大西洋热盐环流对温室气体浓度变化的响应

利用海?气耦合模式模拟了北大西洋热盐环流对外强迫的平衡响应。大气中CO₂浓度加倍后, 热盐环流强度将减弱约20%; 大气中CO₂浓度减半后, 热盐环流将增强约13%。研究结果表明, 热盐环流对外强迫的响应有两个阶段: 瞬变阶段和平衡阶段。瞬变响应主要取决于局地海表热通量和淡水通量的变化, 平衡响应还与非局地热量输送和淡水输送过程有关, 两个过程作用相互竞争。在CO₂加倍实验中, 与淡水输送相关联的正反馈作用更强, 导致热盐环流略有恢复; 在CO₂减半实验中, 热量输送与淡水输送作用相抵, 热盐环流没有明显的恢复。此外, 海水密度与其温度的非线性关系导致CO₂加倍和减半实验中热盐环流的响应大小是非对称的。     

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      

我国西北地区沙漠改良可能引起的辐射强迫及其气候效应

以辐射对流模式和区域气候模式为工具，采用虚拟试验的办法，对我国西北地区3种沙漠改良方案（退沙还草，退沙还田，退沙还林）可能产生的辐射强迫及其区域气候效应进行了数值模拟。结果表明：3种方案均能促使西北地区的干旱状况有所缓解，其中退沙还林方案的缓解效应最为明显，可以使得西北地区平均地面气压上升0．25hPa，地面气温降低0．52℃，降水强度增加0．60mm/d。3种方案引起的辐射强迫皆为正值，分别为2．28、2．84、6．79W/m^2，变化趋势与地面温度变化并不一致，表明对于下垫面改变造成的气候强迫而言，辐射强迫并非反映气候变化的较好指标。     

CO2浓度增加对西北太平洋热带风暴气候特征的影响

为了研究CO2浓度变化对西北太平洋热带风暴气候特征的影响,采用全球大气海洋耦合环流模式GFDL CM2.1 3个CO2排放情景下的数值试验资料,提出了适合模式的识别模式热带风暴的标准,并采用NCEP再分析资料和年鉴资料检验了标准的合理性,分析了模式热带风暴在CO2浓度增加后气候特征的变化.结果表明,所提标准是合理的,所识别的模式热带风暴在暖心平均结构等方面与NCEP热带风暴平均结构相似性高;CO2浓度增加后,模式热带风暴频数减少,强度增强,强热带风暴增多,主要源地和活动地区西移,季节分布和持续时间的分布形势没有明显变化.     

气候变化与干旱

地球气候系统正经历着一次以变暖为主要特征的显著变化,这种变暖已经成为一个不争的事实.IPCC第四次评估报告指出,近百年来(1906-2005年),全球平均地表温度上升了0.74℃.过去50年的线性增暖趋势为每10年升高0.13℃,几乎是过去100年来的两倍,升温在加速.最近10年是有记录以来最热的10年.未来全球气温仍将持续升高.气候模式预估结果显示,与1980-1999年相比,21世纪末全球平均地表温度可能会升高1.1～6.4℃.     

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℃ .     

国外期刊亮点

正地球对温室气体比想象中更敏感澳大利亚新南威尔士大学Steven C.Sherwood等发现,一旦CO2含量是工业化前含量280ppm(百万分之一)的2倍,地球将变暖1.5℃到4.5℃,气候系统也将作出调整。研究成果发表在1月2日出版的Nature杂志上。长久以来,科学家一直在争论地球气候对CO2的敏感性。Sherwood等分析了43个不同气候模型的研究结果,将其与从世界各地搜集的数据进行了比较。研究发现,具有较低气候敏感性的全球气候模型——其中15个模型在CO2水平翻一番后全球平均气温升高不足3℃——产生了太多低空云层。     

国外科技期刊亮点

气候-碳敏感性与碳-气候响应迄今为止,描述和预测气候对由人类活动产生的CO2排放的响应工作都集中在气候敏感性上,即与CO2数量加倍相关的平衡温度变化。但近期研究表明,这种Charney敏感性可能是对地球系统全     

物候观测对气候变暖的响应

在最近20多年,全球平均表面温度出现了显著上升,全球变暖已成为全球关注的重要问题。物候现象与气候等环境因素息息相关,物候对全球变暖的响应研究正在成为物候研究的一个新的热点领域。概述了当前物候对全球变暖响应研究的主要进展,基于实地动植物等物候观测和遥感监测的大量研究表明,近期动植物等物候正发生着显著变化,其与气候变暖有密切关系,是对全球变暖的明显响应。     

模拟外强迫变化的气候效应的分段积分方法

由于气候系统的复杂性和气候模式本身不可避免的误差,长时间积分气候模式可能产生严重的误差累积,在这种条件下为模拟外强迫改变的气候效应所进行的气候敏感性试验可能严重失真．针对此问题,文中提出如果可以将已经出现过的天气气候状况作为外强迫改变前的实际状况,则可以利用动力张弛技术同化观测资料来约束外强迫改变前的模拟,减小对气候现状模拟的误差．而在积分外强迫改变后的模式时,将模拟结果分为背景场和扰动场两部分,背景场是外强迫改变前的模拟场．采用分段积分的方法,在每个积分段的起始时刻用同化后得到的气候现状模拟场替换其中的背景场,从而减少背景场的模拟误差对敏感性试验的影响．利用一个简单的低阶谱模式所作的模拟试验表明,这一方法可以收到明显的效果．     

土壤湿度对中国西北地区夏季气候年际变率模拟效果的影响

利用耦合陆面过程模式CLM3的全球大气环流模式NCAR CAM3进行2组1979～2000年5～8月的集合试验,研究了表层土壤湿度对中国西北地区夏季气候年际变率模拟的影响。结果表明:在相同海温强迫条件下,采用年际变化的表层土壤湿度(ISSM)时,CAM3模式对于夏季西北地区气温和降水年际变率的模拟能力明显好于采用气候态的表层土壤湿度(CSSM)。计算表明,1979～2000年CSSM试验和ISSM试验模拟的西北地区夏季气温距平与ERA40资料的相关系数分别为0.60和0.65; CSSM试验模拟的西北地区夏季降水距平与CMAP资料的相关系数仅为0.29,而ISSM试验模拟结果与CMAP资料的相关系数为0.48。在相同海温强迫条件下,ISSM试验比CSSM试验能更好地模拟出中国西北地区夏季降水年际变率。     

中国沿海地区夏季风速时空变化特征和气候模式结果评估与预估分析

利用中国一般、基本和基准气象站近50年的观测风速资料,分析了近50年中国沿海地区夏季风速时空变化特征,检验评估了20个全球气候模式和3个区域气候模式模拟中国沿海地区夏季风速分布和变化特征的能力,预估了21世纪初期中国沿海地区夏季风速变化特征.研究发现,(1)近50年中国沿海地区观测夏季平均风速和极大风速均呈明显减小趋势变化,这种变化特征与近50年中国登陆台风频数变化有关.(2)全球气候模式和区域气候模式都能较好地模拟中国沿海地区夏季平均风速的分布状况,区域气候模式模拟能力略强于全球气候模式.(3)全球和区域气候模式都不能模拟出观测到的近50年来中国沿海地区夏季平均风速呈明显的减小趋势,部分模式能模拟出近50年来中国沿海地区夏季平均风速略呈减小趋势变化.(4)全球和区域气候模式一致预估在B1和A1B情景下,21世纪初期中国沿海地区夏季平均风速比20世纪小;全球气候模式预估A2情景下,21世纪初期中国沿海地区夏季平均风速比20世纪大.     

基于耦合气候系统模式的中全新世黄、东海海表通量分析

对中全新世(6,ka时期)海洋和气候的研究可加深人们对现阶段气候变化和海洋环境的认识,为预测未来海洋与气候环境变化提供一个重要参照.文章分析一个耦合气候系统模式FGOALS-s2.0的模式结果,首先对其工业革命前(0,ka时期)东亚地区夏季降水及冬、夏季10,m风场的模拟结果进行评估,然后进一步对中全新世和工业革命前黄、东海海表大气强迫的季节变化进行了对比.结果显示:模式模拟出0,ka时期东亚夏季降水从东南洋面至西北内陆减少的空间分布特点,冬、夏季10,m风场亦与观测大体一致;6,ka时期夏季,黄、东海风速较0,ka时期增大约0.8,m/s,16%左右;黄海风应力旋度值为正,东海为负,与0,ka时期相比旋度绝对值均增大;同时,两海区接收的太阳短波辐射较0,ka时期均增加,短波辐射的差异是中全新世夏季黄、东海海表的净热吸收增加的主要因子.6,ka时期冬季,黄、东海北风加强,东海增加量在0.5~1.0,m/s,幅度约为10%,较黄海更为明显;两海区在冬季的净热释放也较0,ka时期增大,东海释放更甚;冬季黄、东海风应力旋度较0,ka时期则无太大差别.研究表明,由于6,ka时期太阳辐射季节循环的改变,造成了黄、东海夏季风增强,海表净热通量也发生相应变化,该时期大气强迫场的变化可能会使黄、东海表层水温分布趋势发生较大改变,进而影响陆架环流格局.     

近百年气候变暖的不确定性分析

百年时间尺度全球和中国气候变暖存在不确定性,以中国为例,前50年观测资料不足可能造成百年变暖趋势的不确定性,后50年城市化进程热岛效应可能在增暖中占到25%。贡献于近50年中国气候的变暖,不仅来自人类排放增加,而且城市化,气温自然的准周期性和年代际变率,地面接收太阳辐射的减少（变暗）或增加（变明）,以及其他外部强迫如火山活动和太阳活动与气候系统内部作用等。全球气候模式的不确定性和未来情景设计中的问题都将影响对变暖的原因分析,并使得10～20年预测的可信度较低。这些问题有待进一步研究解决。     

基于耦合气候模式的始新世全球季风数值模拟

全球一半以上人口生活在季风区。为了研究温室气候时期全球季风气候的特征,利用耦合气候数值模式(Community Earth System Model),模拟了距今最近的温室气候时期——始新世(40 Ma B.P.)的全球季风气候特征。该模式全面考虑了大气、海洋、陆地、陆冰、海冰、植被等气候子系统的耦合作用,大气CO2含量设为工业革命前的4倍。模拟结果表明,在始新世时期,全球季风的范围、强度与现今大体相当,但是区域上,各季风区的特征与现今有明显差异。