人类排放对Brewer-Dobson环流的影响

The Brewer-Dobson (BD) circulation is a global-scale mass circulation, which plays an important role in the atmospheric tracers distribution, modulation of radiation and chemical processes. However most study about the BD circulation change effects of anthropogenic emission focus on the irradiation effect of greenhouse gases (GHG), the chemical-radiative-dynamical feedbacks in the atmosphere of the chemically active gases are not well resolved, and the effect of coupled tropical sea surface temperature (SST) is not addressed. Study of chemical-radiative-dynamical feedbacks in the atmosphere, particularly in the stratosphere, is important for better understanding the BD circulation change effects of anthropogenic emission. As a sensitive area of anthropogenic emission and climate change, the influence of emission change over East Asia area on the BD circulation have not been well resolved. The project will use a coupled atmospheric chemistry-climate model to study the chemical-radiative-dynamical feedbacks on the BD circulation of the chemically active gases and tropical SST, particularly the important chemically active gases such as N2O and CH4. Furthermore we will study the BD circulation change effecting by the emission over the East Asia area. Overall, this project is unique and innovative.

Brewer-Dobson（BD）环流是全球尺度的质量环流，影响大气成分分布、调节大气辐射收支和化学过程。但是目前关于人类排放对BD环流影响的研究主要聚焦于温室气体的辐射气候效应，而没有考虑大气辐射和化学活性成分的化学-辐射-动力反馈过程，且没有考虑热带海温（SST）的耦合作用。研究大气化学-辐射-动力反馈过程，特别是平流层内的这种反馈过程，对于深入理解人类排放对BD环流的影响具有重要意义。东亚地区作为人类排放和气候变化的敏感区域之一，其排放变化对BD环流会产生多大的影响目前并不清楚。针对以上问题，本项目拟使用耦合的大气化学气候模式进行模拟，诊断人类排放温室气体增加与热带SST耦合的化学-辐射-动力反馈作用，特别是N2O、CH4等重要化学活性温室气体排放增加对BD环流的影响，着重分析东亚地区人类排放的化学-辐射-动力反馈过程对BD环流的影响，揭示其中的影响机制。项目研究内容具有特色和创新。

项目以人类排放对Brewer-Dobson环流的影响为主体研究内容，研究了CH4、NOx、N2O和CO2等人类排放温室气体增加导致的臭氧和温度变化，以及相应的BD环流的变化；分析了CMIP6不同情景下未来臭氧的变化趋势，以及BD环流加强对热带地区平流层下层臭氧变化的影响。项目的主要研究成果有二：1）东亚地区CH4和NOx排放增加，会导致对流层和平流层臭氧增加，平流层温度降低；全球N2O排放增加会造成平流层臭氧减少，温度降低，但对对流层温度和臭氧的影响不大；全球CO2排放增加引起的温度和环流变化最为显著。CH4、NOx、N2O和CO2排放增加后，会导致中纬度地区波活动加强，BD环流强度加强。该成果对我们更好的认识重要化学活性温室气体排放增加对BD环流的影响有着重要意义；2）CMIP6模式结果显示，未来温室气体增加和臭氧浓度分布变化共同加速BD环流，而BD环流的加速，会导致热带地区平流层中下层臭氧减少。这些结果加深了我们对人类排放增加后的化学-辐射-动力反馈过程对BD环流的影响以及BD环流发生变化后对臭氧分布的影响的认识。