人为气溶胶对于不同尺度区域的气候影响研究

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随着空气污染的加剧气溶胶的影响日益受到关注,其气候效应可以从局地到全球范围,但不同尺度区域的气溶胶气候效应研究侧重点有所不同。对于区域尺度的地区,气溶胶的气候效应侧重于其造成的地区地面辐射强迫、平均气温和降水的差异,而在城市地区,气溶胶的气候效应则可侧重于气溶胶造成城/郊不同动力和热力特性的差异,从而影响城市/郊区边界层特征,关于气溶胶的气候效应,全球尺度和区域尺度研究得较多,而关于气溶胶对城市尺度气象特征影响的研究则较少,本文利用RIEMS2.0和WRF/Chem两个不同的气象-化学耦合模式模拟研究了不同混合状态下人为硫酸盐和碳气溶胶对于东亚地区以及人为硫酸盐、硝酸盐、铵盐、碳气溶胶对于南京地区这两个不同尺度地区所产生的气候效应。得到了以下主要结论:(1)在RIEMS2.0中建立了人为硫酸盐、黑碳、有机碳气溶胶内部混合、外部混合和部分内部混合三种混合形态,模拟了2006年东亚地区这几种人为气溶胶的效应,发现硫酸盐浓度对不同混合方式非常敏感,而碳气溶胶对于混合方式敏感程度较低,三种气溶胶主要集中于中国东部;气溶胶浓度的模式模拟值较观测值有所偏小,但内部混合时模拟值与观测值偏差最小。(2)硫酸盐和碳气溶胶的综合辐射强迫和气候效应对混合方式比较敏感,内部混合时辐射强迫最大,外部混合最小。但这些人为气溶胶在不同的混合方式下均使东亚地区地面平均气温降低,降水减少,其中内部混合时降温最大,外部混合最小,部分内部混合时降水减少幅度最大,外部混合最小。(3)WRF/Chem采用三层嵌套网格,最外层为中国大部分地区,最内层模拟区域为南京市及周边部分城市,同样模拟了2006年人为硫酸盐、硝酸盐、碳气溶胶的浓度分布及气候效应,模拟结果发现人为气溶胶浓度分布城/郊差异明显,高值集中于南京主城区、栖霞、江北工业区;区域内扬州、镇江隔江两市,马鞍山市隔江两区为次高值区;近郊浓度值约为市区一半,远郊浓度值则更低。(4)南京地区气溶胶均浓度存在明显的季节变化,10月最高,1月最低。城区气溶胶高值区随平均风向下游郊区有较明显扩散,其中有机碳向郊区扩散最强,而黑碳相对最弱。所有人为气溶胶对于PM2。贡献在58%至70%之间,在南京郊区有机碳所占比例大于城区,而其他颗粒物比例略小于城区。(5)南京4、7月存在明显的城市热岛效应,气溶胶使得城区与郊区平均气温普遍下降,但城区降温强于郊区,使得南京地区热岛效应有所减弱,10月份南京热岛效应减弱最为显著。南京城区潜热通量小于郊区,且都存在单谷型的显著日变化特征,而气溶胶使得城/郊潜热通量均减小,且城/郊差异有所减小。同时城区感热通量又高于郊区,而气溶胶使得南京地区城/郊感热通量均减小,且城/郊差异减弱。此外,南京地区还存在干岛现象,7月最强,1月最弱,气溶胶使得南京城/郊水汽均有所增加,但城市干岛效应有所减弱。(6)南京地区城/郊边界层高度差异日间大,夜间小,考虑气溶胶后,城区与郊区边界层平均高度均有所减小,城/郊减小幅度最大值均出现于10月。平均而言,城/郊边界层高度差在考虑气溶胶后有所减小。
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