近年平流层气溶胶模式研究综述

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1、第40卷第3期2012年6月Vol.401No.3Jun.2012气象科技METEOROLOGICALSCIENCEANDTECHNOLOGY近年平流层气溶胶模式研究综述张峰刘煜李维亮（中国气彖科学研究院，北京100081）摘要平流层气溶胶在全球大气的辐射与化学平衡中起着直要作用•对全球气候变化有着重要的影响.数值模拟研究是研究平流层气溶胶浓度、粒径分布及其化学组成的重要手段之一。回顾了平流层气溶胶模式的发展历程,并对现今研究中较有代表性的5种模式进行了比较，着重考察了模拟结果在OCS'SQ分布情况等方面与

2、实测数据的相符程度。结果发现5种模式均可再现平流层气溶胶和它的主要前体气体分布的大部分待征，但同时也都存在各自的局限。最后展卑了平流层气溶胶模式未来的发展方向以及需要改进的问题.关镇词平流层气溶胶模式模拟SO2OCShttp：//qk.cams.cma.gov.cn/qxkj国家輩点基础研究计划（973计划）项目（2010CB428605）和国家自然科学基金项目（40675076）资助作者简介：张峰，男.1986年生，硕士，主要从事大气化学数值模拟研究.Email：zhangfeng0711@gmail.c

3、om收稿日期：2010年12月22日；定稿日期：2011年7月29日引言大气气溶胶是指大气与悬浮在其中的固体和液体微粒共同组成的多相体系，其粒子直径的址级多在1nm〜10之间。按照分布高度的不同，气溶胶分为对流层气溶胶和平流层气溶胶。对流层气溶胶的组成成分复杂，人们从很早便开始对其进行研究；而平流层气溶胶的成分主要是硫酸盐⑴，人们对它的关注开始于20批纪60年代：2叩。长期以來，对气溶胶的研究主要集中在对对流层气溶胶的观测和分析，但是众多出实農明，平流层气溶胶对全球勺候变化有着重要影响。平流层气溶胶在全球大

4、气的辐射与化学平衡中起着重要作用。平流层气溶胶可以散射太阳辐射，从而对气候具有冷却效应虽然在背景时期，平流层气溶胶对Y候的影响不是特别显著。但是，在大的火山喷发之后，苴光学厚度可达到0.1,从而足以对全球Y候产生可观测到的影响。在大的火山喷发之后2〜3年内，由于平流层代溶胶的浓度突然增大，对太阳辐射的散射作用大大增强，可以观测到显著的平流层温度升髙和对流层温度下降〔7切。例如1991年的Pinatubo火山喷发之后平流层气溶胶的浓度增加了一个数址级以上，喷发产生了大约一3W/m2的辐射强迫，使对流层温度降低

5、了大约0.5-Co同时，平流层气溶胶还通过非均相化学过程影响着臭氧层「9*］。大最的实验室数据和模拟研究⑴•⑷都表明，发生在硫酸盐气溶胶上的异质核化可以严重影响平流层下层的化学组成，并导致臭氧浓度的逐年降低山・“】。在中纬度地区平流层下层，通过一些重要的化学反应⑴】，平流层气溶胶为多种其他化学物质的反应提供了便利的条件,促进了液态硫酸代溶胶表面CIO等的活化，使得非均相化学反应增强。C1OM和BrOs的浓度增加，NQ的浓度降低，最终致使臭氧的损耗增加。在极地地区，平流层气溶胶促进了平流层云的发展过程•使活性

6、氯增加，加剧了臭氧洞的形成【沏。关于平流层气溶胶对臭氣浓度的影响，观测数据表明1991年Pinatubo火山爆发之后平流层臭氧的浓度降低了大约1%〜2%。另外，平流层气溶胶的分布还可以用来研究各种平流层大花环流的变化情况，例如Brewer-Dobson环流的季节变化川以及与QB（）相关的经向环流的变化情况:沏等。近年来的观测和模拟研究表明，平流层气溶胶的主要来源有3个：在大的火山喷发之后，火山喷发物质成为平流层气溶胶的最主要来源⑺如打在没有火山喷发的背景时期，通过赤道地区上升气流从对流层进入的含硫气体是形成

7、平流层气溶胶的重要来源皿叫也有研究者指出，人类活动大僦排放的SO2和OCS以及飞机尾气等也是影响平流层本底气溶胶浓度的来源》7订。平流层气溶胶研究除了需要大址的观测试验外，数值模拟也是进一步了解平流层气溶胶浓度、粒径分布及其化学组成的重要手段。它不仅为检验我们关于平流层气溶胶过程的理论提供了一种重要途径，并且可以帮助人们更好地理解观测结果。在建立气溶胶模式的过程中，需要考虑各种复杂的化学和微物理过程。平流层气溶胶的化学过程主要分为3类：在平流层气溶胶气态询休物中发生的气相化学反应，在液滴中发生的化学反应和在

8、气体与颗粒物交界面上发生的化学反应。久态前体物的均相化学反应，主要是含硫气体的光化学过程和氧化过程。S、SQ、()CS、CS2、H2S和HS等气态前体物的光化学反应和与()、。2、()3以及含氯物质的化学反应，这一阶段的主要反应产物是SQ、S()j等。在液滴中的化学反应主要是S(L氧化生成硫酸和硫酸盐的反应。在粒子表面发生的化学反应则比较复杂，其反应速率受很多因索的影响。目前的研究认为，平流层气溶胶的微物理过程主