中國區(qū)域氣溶膠的光學(xué)厚度特征和氣候效應(yīng)研究.pdf

1、作為大氣中的一種重要成分，氣溶膠的變化及其輻射強(qiáng)迫和對氣候系統(tǒng)的影響近年來得到了科學(xué)界的高度重視，已經(jīng)成為當(dāng)今地球氣候系統(tǒng)變化規(guī)律研究的核心課題之一。研究發(fā)現(xiàn)，氣溶膠是氣候強(qiáng)迫中最大的不確定性因子，但是迄今為止，氣溶膠的特征和影響尚未得到充分研究。氣溶膠光學(xué)厚度(AOT)作為氣溶膠的一項重要參數(shù)，常被用于分析氣溶膠特征以及氣候效應(yīng)。 本文利用氣溶膠光學(xué)厚度代表多種氣溶膠組分的共同作用，采用診斷分析與數(shù)值模擬相結(jié)合的方法，以揭示A

2、OT的空間分布、變化特征及其對我國氣候的影響為主要目標(biāo)。重點研究了由氣候變化指數(shù)表征的中國降水、氣溫以及極端降水、氣溫的分布和變化規(guī)律，在此基礎(chǔ)上，分析了氣溶膠光學(xué)厚度與我國氣候變化的可能關(guān)聯(lián)。最后，利用RegCM3區(qū)域氣候模式對氣溶膠的氣候效應(yīng)進(jìn)行了模擬試驗。主要結(jié)論歸納如下： 1.利用TOMS衛(wèi)星反演的逐月資料，揭示了我國氣溶膠光學(xué)厚度的空間分布及變化特征；并利用REOF和聚類分析相結(jié)合的方法將我國陸地區(qū)域分成10個區(qū)域，結(jié)

3、合四個海區(qū)(渤海、黃海、東海和南海)，討論了各個分區(qū)的AOT特征。結(jié)果表明，南疆盆地、華南沿海及四川盆地的AOT高值區(qū)最突出，華北至長江中下游地區(qū)的氣溶膠光學(xué)厚度值也較大，青藏高原東部、青海東部及云南等地為氣溶膠低值區(qū)；海上的相對高值區(qū)位于南海。氣溶膠光學(xué)厚度的分布具有明顯的季節(jié)性特征，隨著緯度的增加，季節(jié)性差異減小。我國陸地AOT值明顯高于海洋上空，海域上空的季節(jié)差異較小。絕大部分地區(qū)春季AOT值最大，不同地區(qū)極小值出現(xiàn)的季節(jié)不同。年

4、平均氣溶膠光學(xué)厚度值保持上升趨勢，海陸上空的同期變化基本一致。AOT變化具有典型的地理特征：基本以110.E為界，在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)、人類活動多的東部及沿海地區(qū)增加明顯；西部地區(qū)變化相對較弱，新疆西部、云南和青藏高原東南部地區(qū)的AOT值有所減小。冬夏季節(jié)的增加趨勢弱于春秋季節(jié)，春季的時空分布最接近全年情況。我國海陸上空的氣溶膠光學(xué)厚度均具有明顯的季節(jié)性振蕩特征，1a、2a和2a以上的年際周期也非常顯著。 2.利用1961-2000年中國

5、550站的日最高、最低氣溫和降水資料，計算了16種氣候變化指數(shù)，研究了近四十年來我國氣候以及極端氣候的變化情況。指數(shù)的變化顯示，平均氣溫、最低和最高氣溫在年際和季節(jié)性尺度上都趨于增高，最高溫度略有增溫，最低溫度顯著增溫，目較差顯著變小。最高氣溫呈北方增暖明顯、南方變化不明顯、部分地區(qū)為弱降溫趨勢的分布特征；最低氣溫在全國基本呈現(xiàn)一致的升溫趨勢；東部地區(qū)的最高、最低氣溫的增溫比較突出。日較差在全國呈現(xiàn)一致的下降趨勢，在北方地區(qū)尤為明顯，各

6、季平均日較差亦均呈下降趨勢，并以冬季的下降幅度為最大。氣溫指數(shù)大致在20世紀(jì)80年代發(fā)生了年代際的升溫變化，最低氣溫的升高幅度小于最高氣溫。研究期內(nèi)，降水量、極端降水量和極端降水概率均表現(xiàn)為弱的線性增加趨勢，在20世紀(jì)80年代末期降水指數(shù)發(fā)生了年代際轉(zhuǎn)折，此后極端降水量沒有發(fā)生明顯的變化，但極端降水事件趨于頻繁，尤其在20世紀(jì)90年代，極端強(qiáng)降水量比例趨于增大。全國來看，西北、長江中下游及長江以南地區(qū)極端降水的降水量趨多，發(fā)生次數(shù)也增加

7、；東北南部、華北以及四川盆地極端降水事件的變化則相反，其中華北和四川盆地的降水量和降水次數(shù)的減少趨勢尤其顯著。 3.利用氣溶膠光學(xué)厚度資料和氣候變化指數(shù)，研究了兩者間的同期相關(guān)關(guān)系，分析了AOT與我國氣候以及極端氣候變化的關(guān)系。研究表明，氣溶膠光學(xué)厚度與我國氣候指數(shù)變化的關(guān)系具有明顯的季節(jié)性特征：春季，AOT增加趨勢最明顯，AOT與氣溫指數(shù)的關(guān)聯(lián)最密切，降水量減少最多；夏季，AOT增加趨勢最弱，AOT與氣溫指數(shù)的關(guān)聯(lián)最弱，降水量增

8、加最明顯；秋冬季節(jié)，AOT與氣候指數(shù)間的關(guān)系較弱。全國范圍內(nèi)，AO'I'與氣溫指數(shù)在新疆北部、甘肅、華北、山東半島、西南地區(qū)西部、長江中下游及華南沿海等地區(qū)關(guān)系密切。AOT與降水指數(shù)在華北西部、長江中下游至華南呈顯著正相關(guān)，在新疆北部、西南部分地區(qū)和東北少數(shù)站點呈顯著負(fù)相關(guān)。整體而言，氣溶膠光學(xué)厚度的增加有可能導(dǎo)致我國的平均氣溫、最高和最低氣溫下降，降水量和極端降水比率減少。 4.采用RegCM3區(qū)域氣候模式模擬了氣溶膠對我國氣

9、候的影響。模擬結(jié)果顯示，加入氣溶膠光學(xué)厚度以后，我國的平均氣溫、最低和最高溫度均降低，分別降低0.027、0.007、0.034℃；降水量也有所減少，全國平均月減少0.3 mm/d。但溫度和降水的變化幅度都較小。全年來看，氣溶膠在冬半年的降溫效應(yīng)比較強(qiáng)，在夏半年對降水的抑制作用較明顯。增加氣溶膠影響后，南疆盆地的降溫最為明顯，東北大部、四川盆地以及長江中下游地區(qū)的降溫也比較明顯；四川盆地、長江中下游及以南地區(qū)的降水減少最明顯，我國西部和