硫酸盐和黑碳气溶胶影响东亚夏季风爆发的数值模拟研究

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硫酸盐(SO42-)和黑碳气溶胶(BC)可以通过散射或吸收太阳辐射改变地气系统能量收支,进而引起局地热力和云过程变化乃至大气环流的调整而影响气候系统。东亚副热带季风、南海夏季风作为东亚季风的子系统,对东亚大气环流以及降水有着重要影响,但SO42-和黑碳气溶胶对各地季风爆发影响的差异以及对南海夏季风的影响及其机制仍缺乏认识。本研究利用CESM(The Community Earth System Model)模式CAM5.1模块模拟研究了SO42-和BC对东亚副热带季风爆发和推进以及南海夏季风爆发时间的影响,重点讨论了SO42-和BC影响南海夏季风的动力和热力机制,得到以下主要结论:模拟试验结果表明,对于东亚副热带季风,在季风中部区域(27.5-32.5°N,105-120°E,即长三角地区)SO42-通过湍流扩散冷却作用使得春季对流层中低层降温,海陆温度逆转推迟,使季风爆发推迟约1.4候。BC通过短波加热作用使得对流层中低层增温,海陆温度逆转提前,从而使得季风爆发提前了约0.5候。二者的共同效应偏向于黑碳效应,使得海陆温度逆转提前,从而使东亚副热带季风爆发提前了约0.5候。(本文对候的表述均基于25年集合试验平均值)。在季风北部区域(35-40°N,105-120°E,即京津冀地区)由于SO42-的湍流扩散冷却效应不明显,且存在平流增温效应,硫酸盐使得对流层中低层在春季增温,海陆温度逆转提前,从而使得季风推进到京津冀地区的时间提前了约0.5候。BC通过加热作用使得对流层低层增温,海陆温度逆转提前,从而使得季风推进到京津冀地区的时间提前了约0.7候。二者的共同效应偏向于黑碳效应,使得海陆温度逆转提前,季风推进到季风北部区的时间提前了约1候。对于南海季风,SO42-和BC对南海地区经向海陆热力差异、中南半岛对流、西太平洋副热带高压(西太副高)断裂以及南海夏季风爆发的影响,重点探讨了硫酸盐和黑碳气溶胶影响南海夏季风爆发的动力和热力机制。模拟试验结果表明,硫酸盐和黑碳气溶胶均有利于中南半岛整层大气稳定性增强,引发了中南半岛上空的下沉气流异常,动力上抑制了中南半岛对流,分别使得春末夏初时副高带断裂时间推迟了2候和1候,二者均存在推迟季风爆发效应。同时,热力上SO42-(BC)又推迟(提前)了春季经向海陆温度逆转时间,存在推迟(提前)季风爆发效应。综合而言,SO42-一致的动力和热力效应使得SCSM爆发推迟了约1候。而BC对SCSM爆发基本无影响,可能是由于BC相反的动力和热力效应。
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