用区域海气－大气化学耦合模式研究东亚气溶胶的直接辐射气候效应

首先，对东亚气溶胶气候效应的研究多数只针对单一或者少数气溶胶种类开展，不能全面认识多种气溶胶混合共存的影响；其次，模拟研究用到的气溶胶分布多数是大气化学模式离线计算的结果，这在物理上存在缺陷；再次，模拟研究中使用的模式一般是采用实况海温驱动的单独大气模式，屏蔽了气溶胶对海温的作用，以及由此引起的气候变化，对处于季风区的东亚是有缺陷的；最后，对南亚的研究表明气溶胶是造成气候变化的重要原因，并且存在气溶胶对海温、海温梯度产生影响导致气候变化的影响机制。因此，本课题拟在开展观测资料分析，揭示气溶胶影响东亚气候特征的基础上，采用新发展的区域海气－大气化学在线耦合模式，通过设计多组数值试验，研究硫酸盐、沙尘、黑碳、有机碳、硝酸盐等气溶胶共存和单独存在时的直接效应对东亚气候的影响，并分析气溶胶影响东亚气候的机制，重点研究是否存在东亚气溶胶通过影响海温、海温梯度、海陆温差，进而影响东亚季风气候的物理机制

本项目主要开展了如下工作：分析了东亚地区几种主要气溶胶的水平和垂直分布和输送特征以及东亚能见度特征，对区域海气耦合模式系统的模拟效果进行了测试和评估，利用模式模拟了东亚几种主要气溶胶种类的直接辐射效应及其对气象要素的影响，并分析了其中的可能物理机制。通过这些工作主要得到以下结论： .东亚地区硫酸盐、有机碳、黑碳的高值位于华中、四川盆地、中南半岛、孟加拉湾、印度半岛，海盐高值位于西北太平洋及东亚大陆沿岸；沙尘大值区位于塔克拉玛干沙漠及40°N沙尘传输带。黑碳、有机碳、硫酸盐的吸湿作用(MEE)对其光学厚度的贡献明显大于气溶胶粒子干质量的贡献，海盐气溶胶的吸湿性对光学厚度的贡献较小。黑碳的吸收消光较强，有机碳、硫酸盐、海盐主要是散射消光，沙尘也主要是散射消光。气溶胶浓度散度、风场散度对于气溶胶输送都很重要；辐散区，浓度散度对气溶胶浓度的作用是风场散度作用的2-3倍；辐合区，风场散度对气溶胶浓度的作用是浓度散度作用的1.5倍。.海气耦合模式RIEMS2.0-POM2k与区域气候模式RIEMS2.0的模拟结果，在冬季差异较小，夏季差异较大；模拟的主要气候态参量，海气耦合模式更加接近实际观测结果。通过向大气模式RIEMS2.0中引入海洋模式POM2k，能够很好改善原有大气模式对气压、位势高度、温度、风场、湿度场、降水、通量等的模拟，使得模拟结果的空间分布以及时间变化更加接近观测资料。引入海洋模式后，会改善大气模式对东亚夏季季风以及副高的模拟水平，对于研究东亚地区典型的天气、气候事件具有重要意义。.数值模拟结果表明：黑碳气溶胶TOA处短波RF为正，地面处短波RF为负，而TOA及地表处长波RF均为正。BC导致夏季长江流域、四川盆地以及蒙古国的地面降温。BC气溶胶的引入，使得中国南方降水增加，北方降水减少，特别是在季风季节尤为明显。硫酸盐气溶胶导致中国大陆降温作用，地表温度变化分布与地表RF分布一致，对中国地区的降水主要是使降水减少的作用。有机碳气溶胶具有同SU相似的辐射气候效应，可以导致中国北方大部分地区降温，而使中国南方大部分地区升温，其对降水的影响有季节性。海盐气溶胶TOA处RF为正，地表的RF都是负值，且大值中心都分布在海面上，其辐射强迫的大小与海表风速有很大关系。海盐气溶胶对海洋基本以增温为主，在陆地上冬春季以增温为主，夏秋季以降温为主。