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本论文利用RegCM3-dust模式对东亚沙尘气溶胶及气候变化对其影响,进行了数值模拟研究。
首先使用NCEP再分析资料,对1997-2006年东亚春季气候和沙尘气溶胶进行数值模拟,利用观测数据对模拟结果进行较为全面的评估,并对沙尘气溶胶辐射强迫及其气候效应和反馈作用的模拟结果进行了分析。
在此基础上,使用MIROC3.2_hires全球模式模拟结果作为初始和侧边界场,进行东亚地区当代(1991-2000)和未来(2091-2100)气候以及沙尘气溶胶数值模拟试验,检验比较了MIROC3.2_hires和RegCM3-dust两个模式对当代气候和RegCM3-dust模式对沙尘气溶胶的模拟效果,并对未来气候变化和沙尘气溶胶变化进行了分析。最后,对当代和未来沙尘气溶胶辐射强迫及其气候效应和反馈作用的模拟结果进行了分析。
主要结论如下:
RegCM3-dust模式能够较好的模拟东亚春季平均气候态,模式模拟的月平均尺度沙尘气溶胶时空分布及其演变比较合理。和观测相比,模式主要不足在于沙尘气溶胶模拟源区偏多,下游地区偏少。对沙尘个例的模拟分析表明,模式对强度较大的沙尘天气过程能够较好的模拟。沙尘气溶胶引起地面(SRF)负辐射强迫和沙尘源区大气顶(TOA)正辐射强迫、下游地区TOA负辐射强迫。受沙尘气溶胶辐射强迫的影响,地面气温降低,起沙通量减少。
MIROC3.2-hires和RegCM3-dust两个模式对东亚当代气候模拟都较好,模拟结果能够再现东亚平均环流。和观测相比,MIROC3.2_hires多年平均气温较观测偏高1-2℃,RegCM3-dust多年平均气温较观测偏低1-2℃,存在一定程度的冷偏差。夏季,RegCM3-dust平均气温和观测更为接近,冬季,MIROC3.2_hires平均气温和观测更为接近。两个模式多年平均降水模拟均表现为模拟区域内北方地区较观测偏多,南方地区和观测相比偏差在±25%之内。模拟主要的不足为冬季两个模式在南方地区模拟降水较观测偏少。在气温和降水的模拟上,RegCM3-dust模拟结果对MIROC3.2_hires没有明显的改善作用。
两个模式对于未来气候变化的模拟,在模拟区域内都表现出年、季平均气温在北部地区升高幅度大于南部,冬季升温幅度最大的特征。两个模式气温变化模拟的不同之处主要位于积雪覆盖地区,在受积雪影响的地方MIROC3.2_hires模拟升温幅度较大。多年平均降水,MIROC3.2_hires模式在模拟区域内以增加为主,RegCM3-dust模拟在中国东北和长江中下游一带以降水减少为主。这种模拟差别,主要是由于在夏季中国东部和秋季中国东北部,两个模式对降水的模拟不同造成的。青藏高原地区在有积雪覆盖的季节,MIROC3.2hires模式模拟的降水以增加为主,RegCM3-dust以减少为主。
沙尘气溶胶部分的模拟结果表明,模式具有模拟东亚当代沙尘气溶胶的能力,模式模拟沙尘气溶胶光学厚度(AOD)、沙尘气溶胶指数(DI)、地面起沙通量和大气柱含量的时空分布及其季节演变比较合理。模式主要不足仍是沙尘气溶胶模拟源区偏多,下游地区偏少。
气候变化情景下,东亚沙尘气溶胶起沙通量在受积雪影响较小的地区减少,在受积雪影响较大的地区增加。区域多年平均总起沙通量增加2%,平均起沙通量和强沙尘事件12-3月由于积雪量的减少而增加,4-11月由于风速的减小而减少。沙尘气溶胶柱含量区域多年平均增加14%,其中3-5月和8月略减少,其它月份增加。
沙尘气溶胶引起的SRF辐射强迫和TOA辐射强迫分布,和用NCEP再分析资料驱动下的模拟结果相似。受沙尘气溶胶辐射强迫的影响,地面气温降低,且未来地面气温降低幅度较当代大。沙尘气溶胶辐射强迫引起的降水变化,当代和未来在塔克拉玛干沙漠地带以增加为主,其它地区更多的表现为模式内部的变率。沙尘气溶胶气候效应引起当代和未来起沙通量和柱含量减小,不同时期起沙通量和柱含量减小的程度与起沙通量和柱含量本身有关。