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本论文包含以下两个主要的研究内容:一、运用国际上较为先进的区域气候模式——意大利国际理论物理中心(The Abdus Salam International Center for Theoretical Physics)在区域气候模式RegCM2基础上发展出的改进版RegCM3,耦合入一个气溶胶模式,在NCAR/NCEP再分析资料的驱动之下,通过多年时间尺度的连续积分,分别对亚洲区域三类主要的人为排放气溶胶(硫酸盐、黑碳和有机碳)的时空分布特征进行了数值模拟研究。应用该耦合模式模拟描述了不同情形下亚洲地区气溶胶的输送特征,并对产生这种特征的原因进行了分析。二、对亚洲地区三类主要的人为排放气溶胶(硫酸盐、黑碳和有机碳)对亚洲夏季风的直接气候效应进行了研究。并运用相关性分析的方法对亚洲地区气溶胶浓度与夏季风环流间的相关关系进行研究。这种气候效应是国际上前沿的科学问题,十分具有研究价值。
主要得出以下几点结论:一、在东亚夏季风区:
1、东亚地区春季气溶胶主要分布在中国南方和四川盆地地区,夏季由于低层以西南气流的经向北上为主,气溶胶向北输送,因此在华北地区出现高值中心,而四川盆地地区由于地形作用也使得其成为气溶胶的主要沉积区。春、夏季气溶胶在大气层顶及地表的短波辐射强迫分布情况与气溶胶浓度间保持了较好的一致性,综合考虑了三类人为排放气溶胶之后我国东部地区均以负辐射强迫效应为主,夏季效果更为显著,辐射强迫中心区域位于我国四川盆地及江淮流域地区。
2、模式在引入气溶胶的影响后,我国江淮地区以东洋面上产生一个气旋式环流,该环流中心位于长江出海口外,其西侧偏北气流的影响会削弱我国东部地区夏季西南季风。
3、相关性分析及合成差值检验结果表明,中国东部地区夏季850hPa经向风与春季中国北方及夏季中国南方地区气溶胶浓度间相关显著,当气溶胶浓度增加时,中国东部地区夏季偏南季风减弱。这可能与气溶胶减小了海陆气压差异,并引起夏季大气位势高度场“西高东低”的变化态势有关,这种变化会进一步加强我国江淮以东洋面上的气旋式环流,迫使西太副高位置南移,削弱东亚夏季风。
二、在南亚夏季风区:
1、气溶胶的季节变化显示出碳类和硫酸盐气溶胶在全年均维持着相对较高的浓度,7-9月间气溶胶浓度值最大。大气层地及地表的短波辐射强迫与气溶胶浓度有着相似的分布特征。对气溶胶传输机制的研究显示:春季由于印度北部气溶胶排放源IGB地区所排放的气溶胶被低层偏西北气流输送,因此南亚地区三类人为排放气溶胶柱浓度含量大值区出现在半岛东部地区。到了夏季,南亚夏季风槽区建立,位于印度半岛东海岸侧85。E附近,在印度北部IGB地区有一明显的气旋式环流生成,因此夏季浓度中心集中于印度北部,青藏高原以南的狭长地带。
2、硫酸盐与碳类气溶胶的影响作用使得印度中北部地区夏季低层风场辐散,高层辐合,垂直方向上下沉运动增强,抑制了该地区的夏季降水。
3、在1988-2009年间,夏季南亚地区人为气溶胶排放量总体保持了增长趋势。在这样的背景条件下,气溶胶排放量不断增加,南亚地区高层200hPa偏东急流和低层850hPa偏西气流将同时被削弱,即南亚夏季风高低层纬向风环流持续减弱,因此南亚夏季风呈现出逐渐削弱的态势。相关性分析及合成差值检验结果表明,气溶胶浓度与夏季500hPa位势高度存在着正相关关系,当气溶胶排放量增大时,南亚地区500hPa位势高度升高,大气层结稳定度增加,不利于对流活动的发展,850hPa南亚夏季风槽也相应的减弱,因此,夏季南亚地区气溶胶浓度与同季南亚季风降水间存在着显著的负相关关系,夏季南亚地区气溶胶浓度的增加将抑制夏季风降水。
主要得出以下几点结论:一、在东亚夏季风区:
1、东亚地区春季气溶胶主要分布在中国南方和四川盆地地区,夏季由于低层以西南气流的经向北上为主,气溶胶向北输送,因此在华北地区出现高值中心,而四川盆地地区由于地形作用也使得其成为气溶胶的主要沉积区。春、夏季气溶胶在大气层顶及地表的短波辐射强迫分布情况与气溶胶浓度间保持了较好的一致性,综合考虑了三类人为排放气溶胶之后我国东部地区均以负辐射强迫效应为主,夏季效果更为显著,辐射强迫中心区域位于我国四川盆地及江淮流域地区。
2、模式在引入气溶胶的影响后,我国江淮地区以东洋面上产生一个气旋式环流,该环流中心位于长江出海口外,其西侧偏北气流的影响会削弱我国东部地区夏季西南季风。
3、相关性分析及合成差值检验结果表明,中国东部地区夏季850hPa经向风与春季中国北方及夏季中国南方地区气溶胶浓度间相关显著,当气溶胶浓度增加时,中国东部地区夏季偏南季风减弱。这可能与气溶胶减小了海陆气压差异,并引起夏季大气位势高度场“西高东低”的变化态势有关,这种变化会进一步加强我国江淮以东洋面上的气旋式环流,迫使西太副高位置南移,削弱东亚夏季风。
二、在南亚夏季风区:
1、气溶胶的季节变化显示出碳类和硫酸盐气溶胶在全年均维持着相对较高的浓度,7-9月间气溶胶浓度值最大。大气层地及地表的短波辐射强迫与气溶胶浓度有着相似的分布特征。对气溶胶传输机制的研究显示:春季由于印度北部气溶胶排放源IGB地区所排放的气溶胶被低层偏西北气流输送,因此南亚地区三类人为排放气溶胶柱浓度含量大值区出现在半岛东部地区。到了夏季,南亚夏季风槽区建立,位于印度半岛东海岸侧85。E附近,在印度北部IGB地区有一明显的气旋式环流生成,因此夏季浓度中心集中于印度北部,青藏高原以南的狭长地带。
2、硫酸盐与碳类气溶胶的影响作用使得印度中北部地区夏季低层风场辐散,高层辐合,垂直方向上下沉运动增强,抑制了该地区的夏季降水。
3、在1988-2009年间,夏季南亚地区人为气溶胶排放量总体保持了增长趋势。在这样的背景条件下,气溶胶排放量不断增加,南亚地区高层200hPa偏东急流和低层850hPa偏西气流将同时被削弱,即南亚夏季风高低层纬向风环流持续减弱,因此南亚夏季风呈现出逐渐削弱的态势。相关性分析及合成差值检验结果表明,气溶胶浓度与夏季500hPa位势高度存在着正相关关系,当气溶胶排放量增大时,南亚地区500hPa位势高度升高,大气层结稳定度增加,不利于对流活动的发展,850hPa南亚夏季风槽也相应的减弱,因此,夏季南亚地区气溶胶浓度与同季南亚季风降水间存在着显著的负相关关系,夏季南亚地区气溶胶浓度的增加将抑制夏季风降水。