黑碳气溶胶对我国区域气候影响的数值模拟

利用区域气候模式RegCM3模拟研究了黑碳气溶胶对我国区域气候的影响。以2000年1、4、7、10月为代表,计算分析了黑碳气溶胶的辐射强迫作用、对大气温度和降水的影响及其季节变化特征。模拟结果显示：黑碳气溶胶在大气层顶产生正的辐射强迫,在地表产生负的辐射强迫;黑碳气溶胶的加入使中国大陆地区地面温度发生明显变化,并呈现显著的季节特征,即1月大部分地区的地面温度均有升高;7月北方增温、南方降温;4月和10月地面温度的变化不明显。模拟结果也表明,黑碳气溶胶的排放使我国长江中下游等南方地区夏季降水增加,而北方部分地区降水减少。     

亚洲地区人为气溶胶对东亚冬季风影响的研究

利用耦合化学过程的区域气候模式RegCM4.0,研究亚洲地区硫酸盐、黑碳和有机碳3种人为气溶胶的直接气候效应对东亚冬季风的影响;并运用相关分析与合成分析方法,研究了东亚人为气溶胶主要分布区中人为气溶胶浓度变化对东亚冬季风的影响。结果表明:人为气溶胶对东亚热带和副热带冬季风均起增强作用;人为气溶胶使得中国南方东部地区的冬季降水减少。2000—2007年,秋、冬季东亚人为气溶胶主要分布区中,人为气溶胶总体呈现减少的趋势,分别导致了东亚冬季风建立的推迟和东亚冬季风的减弱。相关分析和合成分析也表明:在东亚人为气溶胶主要分布区中的人为气溶胶柱浓度含量增加,东亚冬季风的建立提前并且东亚冬季风加强,反之亦然。人为气溶胶引起陆地地表降温,而对海洋温度几乎没有影响,使低层海陆温差加大,从而导致低层海陆气压差加大,东亚冬季风的增强可能与此有关。     

温室效应引起的中国区域气候变化的数值模拟II:中国区域气候的可能变化

使用RegCM2区域气候模式单向嵌套澳大利亚CSIRO R21L9全球海-气耦合模式,进行了温室气体CO2加倍对中国气候变化影响的数值试验研究.该文为第2部分,对敏感性试验结果进行的分析.分析表明由于温室效应,中国区域的地面气温特别是在冬季和北方将有明显升高,区域年平均的升高值为2.5℃;同时区域内日最高和最低气温将明显上升,日较差将减小.结果还表明,在CO2倍增条件下,中国区域降水将呈增加趋势,区域年平均的增加值为12%;以夏季的增加率最大,其次为冬季.中国汛期降水将呈现出"三类雨型"出现频率增多的趋势.南方的大雨日数将有所增加.此外,生成和影响中国的台风数目也将有所增加.温室气体的增加同时对环流场产生影响,如导致500 hPa高度场的升高.     

温室效应引起的中国区域气候变化的数值模拟Ⅱ:中国区域气候的可能变化

使用RegCM2区域气候模式单向嵌套澳大利亚CSIRO R21L9全球海-气耦合模式,进行了温室气体CO2加倍对中国气候变化影响的数值试验研究。该文为第2部分,对敏感性试验结果进行的分析。分析表明:由于温室效应,中国区域的地面气温特别是在冬季和北方将有明显升高,区域年平均的升高值为2.5℃;同时区域内日最高和最低气温将明显上升,日较差将减小。结果还表明,在CO2倍增条件下,中国区域降水将呈增加趋势,区域年平均的增加值为12％;以夏季的增加率最大,其次为冬季。中国汛期降水将呈现出“三类雨型”出现频率增多的趋势。南方的大雨日数将有所增加。此外,生成和影响中国的台风数目也将有所增加。温室气体的增加同时对环流场产生影响,如导致500 hPa高度场的升高。     

亚洲地区碳气溶胶的时空特征及其直接气候效应

利用耦合了陆面和化学过程的区域气候模式Reg CM4.0,对2000—2008年亚洲地区碳气溶胶的时空分布特征及其直接气候效应进行了模拟研究。结果表明:碳气溶胶在冬夏两季主要分布于印度半岛和我国中东部地区,其中印度半岛东北部和四川盆地地区为主要的大值区。夏季随着亚洲季风的爆发和雨季的到来,碳气溶胶的含量和分布范围较冬季有明显的减弱和北移。冬季碳气溶胶对整个亚洲地区的地表主要起冷却作用,而夏季在我国的四川盆地、华北和华南等地则出现了升温现象,这种局部升温现象与黑碳的"半直接效应"密切相关。碳气溶胶对降水影响的空间分布呈现出明显的地域不一致性,对南亚夏季风有一定的增强作用。东亚和南亚地区对碳气溶胶的气候响应存在较大差异,主要表现在夏季南亚地区低层降温、中高层增温,而东亚地区的增温却主要集中在低层。     

气候变化对东亚沙尘气溶胶影响的数值模拟

使用RegCM3-dust区域气候模式,单向嵌套MIROC3．2-hires全球模式输出结果,在IPCCA1B温室气体排放情景下,对中国及东亚地区进行了当代（1991年-2000年）和未来（2091年-2100年）水平分辨率为50km的气候以及沙尘气溶胶数值模拟试验。结果表明,模式对中国地区地面气温、降水和东亚沙尘气溶胶空间分布模拟较好。未来东亚沙尘气溶胶年平均起沙通量增加2％,其中12月-3月由于地表积雪量的减少而增加,4月-11月由于10m风速的减小而减少,不同强度的强起沙事件同样12月-3月增加,4月-11月减少。年平均沙尘气溶胶柱含量增加14％,其中3月-5月和8月略减少,其它月份增加。沙尘气溶胶引起地面（SRF）负辐射强迫和沙尘源区大气顶（TOA）正辐射强迫、下游地区TOA负辐射强迫,受沙尘气溶胶辐射强迫的影响,地面起沙通量和柱含量减少。     

西北植被覆盖对我国区域气候变化影响的数值模拟

使用美国ＮＣＡＲ区域气候模式ＲｅｇＣＭ２研究了西北植被覆盖面积变化对我国区域气候变化的影响。共设计了三组试验,即西北植被面积扩大试验,控制试验和植被面积缩小试验。     

用区域气候模式模拟人为硫酸盐气溶胶在气候变化中的作用

使用新版RegCM2区域气候模式，单向嵌套澳大利亚CSIROR21L9全球海-气耦合模式，在C02加倍情况下引人人为硫酸盐气溶胶直接气候效应，进行了其对中国气候变化影响的试验。结果表明，硫酸盐气溶胶的直接气候效应，对地面气温为降温作用，其中在冬半年和在南方更明显；对降水的影响为全国各月平均降水将以减少为主，年平均降水变化的基本特点为在中国东部以减少为主，西部以增加为主。但无论温度还是降水变化的数值都很小。     

RegCM3区域气候模式对中国气候的模拟

使用RegCM3区域气候模式嵌套ERA40再分析资料,对东亚地区进行了15 a（1987-2001年）时间长度的数值积分试验。结果表明：模式可较好地模拟中国地面气温的分布和季节变化,但存在系统性的冷偏差;对降水的变化模拟也较好,但其地理分布模拟存在一定偏差。     

东亚地区人为气溶胶直接辐射强迫及其气候效应的数值模拟

利用耦合化学过程的区域气候模式RegCM3,模拟研究3种主要人为排放气溶胶(硫酸盐、黑碳、有机碳)对东亚区域气候的影响.计算分析近20 a来3种气溶胶的时空分布、综合辐射强迫作用及其对地面气温和降水的影响.模拟结果表明:3种气溶胶冬夏季分布有所不同,冬季气溶胶大值区主要分布在南方地区,而夏季大值区北移;气溶胶短波辐射强迫在大气层顶和地面均为负值;气溶胶的加入对东亚地区地表气温有明显影响,冬季降温中心位于四川盆地,夏季降温大值区位于华北地区.气溶胶直接气候效应使得冬季东亚大部分地区降水减少,夏季东亚地区降水与中国南方地区夏季气溶胶浓度有较好的相关关系,中国东部雨带有南移趋势.     

中国地区气溶胶的辐射强迫及其气候响应试验

根据国内测定的排放因子数据和国家、部委及各省市统计年鉴公布的排放源数据,得到的中国大陆的1°×1°网格精度的SO2的排放分布,计算了中国地区人为扰动气溶胶的辐射强迫。应用近期开发的二维能量平衡模式计算了由该种气溶胶所引起的中国地区地面温度变化。模式结果表明,最大辐射强迫和最大地面温度变化都集中在中国的沿海和四川地区。最大辐射强迫达3 W/m2。     

A Modeling Study of the Climate Effects of Sulfate and Carbonaceous Aerosols over China

In this paper, the RIEMS 2.0 model is used to simulate the distribution of sulfate, black carbon, and organic carbon aerosols over China (16.2°-44.1°N, 93.4°-132.4°E) in 1998. The climate effects of these three anthropogenic aerosols are also simulated. The results are summarized as follows: (1) The regional average column burdens of sulfate, BC, OC, and SOC were 5.9, 0.24, 2.4, and 0.49 mg m-2, with maxima of 33.9, 1.48, 7.3, and 1.1 mg m-2, respectively. The column burden and surface concentration of seco...     

中国地区大气气溶胶辐射强迫及区域气候效应的数值模拟

利用太阳直接辐射日总量和日照时数等多年观测资料,反演了中国地区大气气溶胶0.75 μm光学厚度的年、月平均值,分析了我国大气气溶胶状况的时空分布特征。据此,在中国区域气候模式中考虑气溶胶的辐射影响,模拟中国地区气溶胶直接辐射强迫的大小及气候响应的季节变化特征。计算结果表明: 我国大气气溶胶光学厚度多年平均分布状况是以四川盆地为大值中心向四周减少;长江中下游武汉附近和南疆盆地为另两个大值中心;青藏高原为气溶胶低值区;我国绝大部分地区春季气溶胶光学厚度值最大,各地气溶胶光学厚度最小值出现的季节则有所不同。气溶胶辐射强迫介于-5.3～-13 W/m2之间;辐射强迫具有春、夏季大,秋、冬季小,冬季南方偏大,夏季北方偏大的特征。气溶胶辐射强迫的分布与其光学厚度的分布基本一致。由于气溶胶的影响,中国大陆地区地面气温均有所下降,四川盆地到长江中下游地区以及青藏高原北侧到河套地区降温最为明显,分别可达-0.4℃和-0.5℃。气候响应具有明显的季节特征。地面气温的变化除与辐射强迫的大小有关外,还受大气环流的影响。     

东北冷涡及其气候影响

基于自动识别、追踪方法得到的近50年东北冷涡数据集, 本文研究了东北冷涡的年际变率及演变趋势, 并分析了其持续性活动对我国气候的影响及相关联的大尺度环流异常特征。结果表明, 东北冷涡具有很明显的年际变率, 且存在2.5年左右的主振荡周期, 但没有显著的长期变化趋势。东北局地在持续性冷涡控制下, 四季气温均明显偏低, 并在春季和夏季能造成局部降水偏多。在东北冷涡活跃的夏季, 长江流域往往降水显著偏多; 而在冬季东北冷涡频繁活动时, 我国大部分地区往往低温少雨, 这与强盛的东亚冬季风密切相关。研究结果表明, 冬季东北冷涡活动和东亚冬季风强度之间的相关系数达到99%的信度水平。在东北冷涡活跃的夏季, 东亚地区对流层维持着深厚的偶极型位势高度异常, 高空急流向南偏移并略加强, 低层西北太平洋反气旋异常和中纬度地区的东风异常有助于局地的水汽通量的辐合, 进而有利于降水的偏多。     

对流层气溶胶的直接气候效应对平流层的影响

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10 K,纬向风变化最大可达12 m/s,臭氧体积分数最多减少0.8×10-6。     

植被退化对青藏高原冬夏季气候影响的模拟研究

利用区域气候模式RegCM3,模拟分析了青藏高原地区植被退化对自身及周边地区气候产生的影响。结果表明：植被退化后,在退化区域冬夏季地表温度明显升高,最大增值2℃,而外围则温度降低,量值为-0.5℃～-1℃。夏季气温的变化趋势与地表温度类似,但量值较小,冬季退化区气温增加范围较大。夏季退化区湿度和降水增大,增加值分别达到0.6g/kg和35mm/month;退化区外围降水减少,外围西部及北部地区湿度减小,中心值为-0.4 g/kg。在冬季,湿度稍有减小,主要分布在西藏地区和青海、四川的交界处。     

区域气候模式对中国东部季风雨带演变的模拟

本文给出了应用区域气候模式对中国东部夏季雨带演变过程模拟的主要结果。模拟试验分别对正常季风年（1979）和湿季风年（1991）（均由观测场驱动）以及连续3年（全球大气环流模式驱动）的夏季降水场进行,并同观测场进行了比较。结果表明,模式基本上能抓住夏季雨带的主要位置和它的演变特征,与实况相比明显优于全球模式的结果。但模拟的雨带具体位置并不总是与观测值十分吻合,有些旬（或候）差别比较大,模拟的降水量与观测值的相关系数最大仅0.40左右。以上结果表明,为正确模拟东亚季风雨带的演变还需要对决定区域气候的主要物理过程在参数化方面作进一步的改进。     

Agricultural Land Use Effects on Climate over China as Simulated by a Regional Climate Model

The Abdus Salam International Centre for Theoretical Physics (ICTP) Regional Climate Model version 3 (RegCM3) is used to investigate the climate effects of land use change related to agriculture over China. The model is driven by the European Center for Medium-range Weather Forecast 40-yr Re-Analysis (ERA40)data. Two sets of experiments for 15 yr (1987-2001) are conducted, one with the potential vegetation cover and the other the agricultural land use (AG). The results show that the AG effects on temperature are weak over northern China while in southern China a significant cooling is found in both winter (December-January-February) and summer (June-July-August). The mean cooling in the sub-regions of South China (SC) in winter and the sub-regions of Southeast (SE) China in summer are found to be the greatest,up to 0.5℃ and 0.8℃, respectively. In general, the change of AG leads to a decrease of annual mean temperature by 0.5-1℃ in southern China. Slight change of precipitation in western China and a decrease of precipitation in eastern China are simulated in winter, with the maximum reduction reaching -7.5% over SE. A general decrease of precipitation over northern China and an increase over southern China are simulated in summer,in particular over SE where the increase of precipitation can be up to 7.3%. The AG effects on temperature and precipitation show strong interannual variability. Comparison of the climate effects between AG and the present-day land use (LU) is also performed. In southern China, the ratio of temperature (precipitation)changes caused by AG and LU is greater than (closer to) the ratio of the number of grid cells with changed vegetation cover due to AG and LU variations.     

土地利用变化对我国区域气候影响的数值试验

使用RegCM2区域气候模式单向嵌套澳大利亚CSIRO R21L9全球海-气耦合模式,通过将中国区域植被覆盖由理想状况改变为实际状况的数值试验对比分析,探讨了当代中国土地利用变化对中国区域气候的影响,并对结果进行了统计显著性检验。研究表明,土地利用的变化,会导致我国西北等地区年平均降水减少,导致年平均气温在内陆部分地区升高和在沿海个别地区降低,引起许多地方夏季日平均最高气温升高,而冬季日平均最低气温则在我国东部部分地区降低的同时在西北地区升高,土壤湿度的变化表现为大范围的降低。研究同时表明,相同的土地变化在不同的地理环境下引起的气候要素变化有一定的不一致性。     

Regional Climate Effects of Internally and Externally Mixed Aerosols over China

A regional climate model is employed to simulate the aerosols(dust,sulfate,black carbon,and organic carbon) and their direct effect on the climate over China.The emphasis is on the direct radiative forcing due to the change in mixing state of aerosols.The results show that direct radiative forcing is significantly different between externally and internally mixed aerosols.At the top of the atmosphere(TOA),the radiative forcing of externally mixed aerosols is larger than that of internally mixed ones,especially in the Tarim desert region where the difference is about 0.7 W m 2.At the surface,however,the situation becomes opposite,especially in the Sichuan basin where the difference is about-1.4 W m 2.Nonetheless,either externally or internally mixed aerosols in China can result in a significant cooling effect,except for the warming in South China in winter and the slight warming in North China in February.The cooling effect induced by externally mixed aerosols is weaker than that induced by internally mixed aerosols,and this is more obvious in spring and winter than in summer and autumn.In spring and summer,the inhibiting effect of externally mixed aerosols on precipitation is less than that of internally mixed aerosols,whereas in autumn and winter the difference is not obvious.