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％．     

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.     

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。     

基于MIROC6模式探讨1850-2014年全球不同类型人为气溶胶的时空分布及辐射强迫

利用海-气耦合全球气候模式MIROC6探讨1850-2014年人为气溶胶(AA)的时空分布及年际变化趋势,系统研究了近百年来AA辐射强迫对全球地表温度的影响.AA的大量排放导致近百年来全球年平均550 nm处AA光学厚度(A550)增加了50％,在欧洲中西部、印度和中国东南部,A550增长趋势分别为0.38、1.13和...     

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%。     

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%。     

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。     

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     

东亚典型站点混合型气溶胶光学特性和辐射效应对比

根据东亚地区沙尘传输路径上人为污染程度的不同,选取AERONET典型站点SACOL、Beijing和Gwangju_GIST站的观测数据,结合SBDART辐射传输模式,对比分析了东亚地区混合型气溶胶的光学特性、辐射效应以及不同程度大气污染对气溶胶混合的影响.结果表明,与沙尘气溶胶和人为气溶胶相比,东亚混合型气溶胶吸收能力最强,特别在可见光波段,导致地表冷却和大气加热效应加强,大气层顶冷却效应减弱. Beijing站比SACOL、Gwangju_GIST站混合型气溶胶浓度更高,吸收能力更强,地表冷却和大气加热效率更强,大气层顶冷却效率更弱.粗模态沙尘气溶胶与细模态人为气溶胶对于混合型气溶胶的生成和辐射吸收能力的增强都有着极为重要的作用.混合型气溶胶在东亚区域重污染(雾霾)过程中有重要作用.     

东亚地区春冬季气溶胶化学成分特性的数值模拟分析

根据东亚监测网2007年观测资料,分析了东亚地区春冬季气溶胶化学成分特性,结果 表明:(1)东亚地区春冬季气溶胶化学成分随地理分布而变化,其中:中国PM10、SO2浓度远高于其他国家,尤其是西北和西南地区;NO、NO2、NOx、NH3、HNO3高值区位于东南亚地区;菲律宾Na+、K+、Cl-含量高于其他地区;蒙古Ca2+居东亚地区之首;NH4+、SO42-高值区分别位于朝鲜、越南;东亚地区HCl、Mg2+、NO3-浓度分布较均匀.(2)东亚地区春冬季气溶胶化学成分中各离子浓度较低,但变化明显.(3)利用NCEP再分析资料,运行中科院大气物理研究所研制的嵌套网格空气质量预报模式系统(NAQPMS),对东亚地区2007年气溶胶春、冬季典型化学成分进行了模拟,模拟结果 基本上反映了东亚地区气溶胶化学成分特性,气溶胶主要分布在工业相对较发达国家和地区,与实测资料基本相吻合.同时,模拟结果 也反映出东亚地区气溶胶化学成分季节变化特征.     

Dust direct radiative effects on the earth-atmosphere system over east Asia: Early spring cooling and late spring warming

Focusing on three dust storms occurring in spring 2001,we developed a detailed aerosol parameterization scheme and integrated it in a radiative transfer model to characterize possible impacts of solar altitude angle on dust direct radiative effects over China desert regions and the North Pacific,using actual daily solar altitude angles.Increasing solar altitude angle from early spring (or winter) to late spring (or summer) leads to increase of positive clear sky radiative forcing,and decrease of negative radiative forcing due to dust aerosols at the top of the atmosphere.Because solar altitude angle increases from early to late spring,dust-clear sky radiative forcing may change from negative to positive at the top of atmosphere,showing a change from cooling to heating of the earth-atmosphere system over high-albedo deserts and nearby regions.Over low-albedo ocean negative clear sky radiative forcing by dust may decrease,suggesting a change from strong to weak cooling on the earth-atmosphere system.The impacts of solar altitude angle on cloudy sky radiative forcing due to dust are similar to those of clear sky.Impacts of low cloud on dust radiative forcing are the same as increasing surface albedo.This causes the transition of dust cooling effects into heating effects over deserts to occur earlier,and causes decrease of negative radiative forcing over the ocean and even cause a change from weak negative radiative forcing to weak positive forcing over local areas.Even in the same East Asian desert regions and nearby areas,the strength and sign of the radiative forcings depend on storm dates and thus solar altitude angle.The nearer to early spring (or winter) a dust storm occurs,the easier it leads to negative radiative forcing at the top of atmosphere,which indicates cooling effects on the earth-atmosphere system.In contrast,the nearer to late spring (or summer) a dust storm occurs,the easier it leads to positive radiative forcing at the top of atmosphere,showing heating effects.Over East Asian deserts and nearby regions,dust layers may be regarded as cooling sources in early spring (winter) and warming sources in late spring (summer).     

Dusty cloud radiative forcing derived from satellite data for middle latitude regions of East Asia

The dusty cloud radiative forcing over the middle latitude regions of East Asia was estimated by using the 2-year (July 2002?June 2004) data of collocated clouds and the Earth’s radiant energy system (CERES) scanner and moderate resolution imaging spectroradiometer (MODIS) from Aqua Edition 1B SSF (single scanner footprint). The dusty cloud is defined as the cloud in dust storm environment or dust contaminated clouds. For clouds growing in the presence of dust, the instantaneous short-wave (SW) forcing at the top of the atmosphere (TOA) is about -275.7 W/m² for cloud over dust (COD) region. The clouds developing in no-dust cloud (CLD) regions yield the most negative short-wave (SW) forcing (-311.0 W/m²), which is about 12.8% stronger than those in COD regions. For long-wave (LW) radiative forcing, the no-dust cloud (CLD) is around 102.8 W/m², which is 20% less than the LW forcing from COD regions. The instantaneous TOA net radiative forcing for the CLD region is about -208.2 W/m², which is 42.1% larger than the values of COD regions. The existence of dust aerosols under clouds significantly reduces the cooling effect of clouds.     

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.     

Uncertainties in assessing the effect of climate change on agriculture using model simulation and uncertainty processing methods

Model simulation is an important way to study the effects of climate change on agriculture.Such assessment is subject to a range of uncertainties because of either incomplete knowledge or model technical uncertainties,impeding effective decision-making to climate change.On the basis of uncertainties in the impact assessment at different levels,this article systematically summarizes the sources and propagation of uncertainty in the assessment of the effect of climate change on agriculture in terms of the climate projection,the assessment process,and the crop models linking to climate models.Meanwhile,techniques and methods focusing on different levels and sources of uncertainty and uncertainty propagation are introduced,and shortcomings and insufficiencies in uncertainty processing are pointed out.Finally,in terms of how to accurately assess the effect of climate change on agriculture,improvements to further decrease potential uncertainty are suggested.