对流层气溶胶直接气候效应对平流层影响

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1、第２５卷第１期应用气象学报Ｖｏｌ．２５，Ｎｏ．１２０１４年１月ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＡＰＰＬＩＥＤＭＥＴＥＯＲＯＬＯＧＩＣＡＬＳＣＩＥＮＣＥＪａｎｕａｒｙ２０１４宋刘明，刘煜，朱彬，等．对流层气溶胶的直接气候效应对平流层的影响．应用气象学报，２０１４，２５（１）：８３９４．对流层气溶胶的直接气候效应对平流层的影响宋刘明１）２）２）１）２）刘煜朱彬李维亮１）（南京信息工程大学大气物理学院，南京２１００４４）２）（中国气象科学研究院，北京１０００８１）摘要通过ＷＡＣＣＭ３模式中气溶胶光学厚度与卫星资料的对比发现，模式可以很好地再现全球气溶胶的主要分布特征，但在一些区域还存在数值

2、上的差异。利用数值试验研究对流层气溶胶的直接气候效应对平流层气候的影响，结果表明：对流层气溶胶对平流层气候有明显影响，平流层化学过程在这一影响中起重要作用，而对流层气溶胶对平流层辐射的影响不是其直接气候效应对平流层影响的主要原因。其机制可能是对流层气溶胶改变对流层的辐射平衡，影响对流层的温度和大气环流，进而影响行星波的上传，使得平流层气候发生变化；影响区域主要位于高纬度和极地地区，南半球的变化比北半球大，温度变化最大达１０Ｋ，纬向风变化最大可达１２ｍ／ｓ，臭氧体积分数最多减少０．８×１０－６。关键词：气溶胶；直接气候效应；行星波；平流层分布和大小，影响全球的大气环流、区域的季

3、风环流、［３４］引言全球和区域的气候变化。众多有关气溶胶气候效［５９］应的研究大都针对其对对流层气候的影响。影响气候变化的因素很多，如二氧化碳和甲烷平流层是大气层的一部分，平流层与对流层之等温室气体，气溶胶、土地利用和火山喷发等。间存在能量和物质交换，也就是说，两者之间存在相［１］ＩＰＣＣ第４次评估报告指出，长寿命的温室气体引互作用和影响。对流层的气候变化必将在平流层有起的辐射强迫为２．６±０．３Ｗ·ｍ－２，气溶胶直接气所体现，由于平流层空气密度较小，其气候变化受外候效应产生的辐射强迫为－０．５±０．４Ｗ·ｍ－２，气界强迫的影响与对流层相比要更为显著［１０］。平流溶胶的云

4、反照率效应（第一间接效应）引起的辐射强层温度变化会造成平流层大气环流和波动等动力学迫的范围为－１．８～－０．３Ｗ·ｍ－２［２］。在众多影响方面的变化，其动力方面的变化也会反馈到平流层气候变化的因子中，温室气体产生的辐射强迫最大；温度场。平流层大气环流和波动的变化还将影响平其次是气溶胶，但气溶胶是众多影响因子中不确定流层和对流层之间的动力耦合作用，从而进一步影［１１１３］性最大的。气溶胶的气候效应是当前气候变化研究响对流层天气和气候。［１４１７］中的热点问题之一。一些气象学家针对影响平流层气候的主要气溶胶通过散射或吸收太阳短波辐射，直接改因素以及对流层气候变化，研究平流层对

5、这些因素［１８］变大气中的辐射平衡，影响天气和气候，称之为气溶的响应和变化机理。Ｓｈｕ等利用ＧＣＭ模拟了海胶的直接气候效应。气溶胶作为云的凝结核或冰核温和温室气体的变化对对流层和平流层输送的影改变云的光学和物理性质以及云的范围和演变，影响，指出海温升高会引起对流层温度升高，热带平流响气候系统，称之为间接气候效应。气溶胶的直接层温度下降，而在极地平流层则会引起温度的［１９］和间接气候效应可以改变大气中非绝热加热的垂直上升。Ｇａｒｆｉｎｋｅｌ等研究也支持了这一观点：海温２０１３０４１５收到，２０１３１０２９收到再改稿。资助项目：国家重点基础研究发展计划项目（２０１０ＣＢ４

6、２８６０５，２０１１ＣＢ４０３４０６），国家自然科学基金项目（４０８７５０７８）通信作者，ｅｍａｉｌ：ｌｉｕｙｕ＠ｃａｍｓ．ｃｍａ．ｇｏｖ．ｃｎ８４应用气象学报第２５卷［２６］的变化对冬季平流层的温度有着显著影响。同时，臭氧恢复的模拟中。因此ＷＡＣＣＭ３模式可以［１８］Ｓｈｕ等还指出平流层对海温升高和温室气体的用于本次试验的模拟。增长响应机制不同。海温升高和温室气体同时增长１．２资料简介相对于只是海温升高引起的平流层温度变化更显模式中包括硫酸盐、沙尘、海盐和碳气溶胶，其著，且平流层的温度变化区域更一致，即平流层的温中碳气溶胶又分为有机碳（ＯＣ）和黑碳（ＢＣ）。这些［２０］

7、［２１］［２７］度整体降低。Ｋｏｄａｍａ等和Ｘｉｅ等的研究也气溶胶资料来自ＭＡＴＣＨ模式的模拟结果与［２８］定性地给出了类似结果。已有研究从不同角度探讨ＮＯＡＡＰａｔｈｆｉｎｄｅｒＩＩ资料（１９８９年６月—１９９４了引起平流层温度变化的原因，而气溶胶对平流层年９月气溶胶光学厚度卫星资料）的同化结果。利［２９３０］气候影响研究仍鲜见。用上述气溶胶资料和一个气溶胶同化系统，计在气候变化的研究中，气候模式是主要研究手算出１２个月的每种气溶胶各层的月平均每一层气段之一。同时，平流层中大气辐射、化学和动力过程溶