海洋反馈在中国黑碳气溶胶影响亚洲夏季风中的作用研究

The interaction between aerosol and monsoon is an important issue in the research of atmospheric environment and global climate change. The effect of black carbon （BC） on the Asian monsoon has been investigated by a number of researchers including the applicant, however, the feedback of the radiation resulted from ocean is still controversial. In addition, it is thought that the forcing from BC could adjust atmosphere circulation by the "ENSO-like" and more analysis need more exploration. China is a country with so high BC emission and concentration that it has the considerable impact on Asian monsoon. Here the analysis of interaction between BC over China and eastern Asian, southern Asian monsoon will be performed by a couple of observational data. Furthermore, the ocean-atmosphere coupled general circulation model will be applied to the effect of BC over China on eastern Asian monsoon, which will be focused on the differences between with and without ocean feedback. And the possibile effect of BC over China on southern Asian monsoon and precipitation under "ENSO-like" with ocean feedback will be investigated in details. These research will extend the exploration of anthropogenic effect (e.g. BC from China) on the mechanism of Asian summer monsoon.

气溶胶与季风相互作用是当前大气环境与全球气候变化研究领域中重大前沿科学问题。连同申请人在内的诸多学者研究了黑碳气溶胶（BC）对亚洲季风的影响，然而，是否考虑海洋对辐射的反馈作用成为研究的分歧点，不同考量甚至得出相反的结论；此外，研究发现，BC的辐射强迫能以"类ENSO"效应调整大气环流，这在有海洋反馈时又会呈现什么新表征？有待深入研究。中国是BC高排放和高浓度区，对亚洲季风的调节作用显著。因此，本研究拟利用多种气候、卫星和野外监测资料，分析中国上空BC与东亚、南亚夏季风的相互作用关系；应用海气耦合模式讨论海洋反馈在中国BC影响东亚夏季风中的作用，重点关注有无海洋反馈作用时BC对季风演变影响的差异性；借助模式试验探讨海洋反馈下中国BC通过"类ENSO"效应对南亚季风及其降水的可能影响。项目的开展，将深化对中国BC影响亚洲夏季风的物理机制的认识，同时为研究人为活动引发亚洲夏季风变异提供参考。

已有关于黑碳气溶胶（BC）对亚洲季风影响的诸多研究存在不确定性，其中是否考虑海洋对辐射的反馈作用成为研究的分歧点，不同考量甚至得出相反的结论；此外，已有研究发现，BC的辐射强迫能以“类ENSO”效应调整大气环流，这在有海洋反馈时又会呈现什么新表征？中国是BC气溶胶高排放和高浓度区，对亚洲季风的调节作用显著。因此，本项目在开展了以下研究基础上，得出了一些重要发现：.（1）中国地区黑碳气溶胶对亚洲夏季风影响的观测研究.利用NASA MERRA-2的BC月均浓度再分析资料，NOAA地基观测的1980-2010年逐月的全球平均的CO2浓度变化趋势资料以及NOAA CPC（ClimatePredictionCenter）的月平均Nino3.4和CMAP月均降水融合分析资料、ERA-Interim风矢量、地表气温、地表气压资料，从诸多影响因子中剔除大气自然变率及温室气体等人为因素干扰，揭示了气溶胶辐射强迫引起的亚洲夏季风系统变异。结果发现，中国BC引发的东亚夏季风变异存在空间不均匀性，其中南海季风以减弱为主，而东亚副热带季风则以增强为主；中国BC整体上使南亚夏季风呈减弱趋势。. （2）海洋反馈作用下中国BC气溶胶对亚洲夏季风的影响.利用海气耦合模式CESM1.2的相关数值试验，研究了海洋反馈作用下中国BC气溶胶对东亚、南亚夏季风的影响。模拟结果显示，海洋反馈作用下中国BC辐射强迫作用有利于东亚热带季风减弱、副热带季风增强；此外，中国BC辐使得西南季风强度显著减弱。这与上述观测结果保存一致。.（3）海洋反馈在中国BC气溶胶影响亚洲夏季风中的调节机制.通过对比有无海洋反馈情形下的试验结果，研究了海洋反馈在中国BC影响亚洲夏季风中的作用机制。发现海洋反馈作用的存在减弱了热带地区的间接辐射强迫，同时加强了中高纬的间接强迫，由此导致辐射强迫呈现南负北正的跷跷板格局，有利于热带的东亚和南亚季风减弱，以及东亚副热带季风增强。.（4）中国BC气溶胶对ENSO的可能影响.利用全耦合模式数值试验，探讨了海洋反馈作用背景下中国BC气溶胶对ENSO相关的赤道太平洋和印度洋SST变异，大气环流及降水等异常的影响。海洋反馈条件下中国BC使得冬季和夏季的赤道东太平洋表面海温（SST）显著降低，所以海洋反馈作用有利于生成拉尼娜效应。