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高海拔地区地形复杂多样,自然环境独特,具有特殊的大气环流和天气气候特征,是全球气候与环境变化的敏感区,在全球变化研究中占据举足轻重的地位,受到世界各国政府的广泛关注。本文基于美国大气研究中心(NCAR)提供的公用气候系统模式(CCSM3)的两组试验数据,以及我们利用公用大气模式(CAM3)进行的一系列数值模拟试验,分析了在全球变暖过程中中、低纬度高海拔及其邻近地区气候变化特征,初步探讨了其可能成因。主要结论如下:
中低纬度高海拔地区地面气候变暖对海拔高度具有明显的依赖性。NCAR提供的综合考虑人类活动排放气溶胶和温室气体情况下1950-1999年的数值试验(简称50yrs试验)显示,高海拔地区气候变暖通常随海拔高度升高而增强。青藏高原地区春、夏季和年平均气温增暖海拔依赖性明显,秋季和冬季相对较弱,最低温度增温率高于最高温度。相关系数统计显示,年平均最高、最低和平均温度增温率与海拔高度显著相关,相关系数分别为0.535、0.697和0.611,达到0.01显著性水平。落基山、安第斯山地区春、夏、秋季和年平均气温变化均具有海拔依赖性,而阿尔卑斯山地区仅冬季和年平均气温变化具有海拔依赖性。与青藏高原地区不同的是,落基山、安第斯山和阿尔卑斯山地区海拔依赖性均显示最高温度增温趋势强于最低温度。
高海拔地区气候强烈变暖成因复杂。进一步分析NCAR提供的大气CO2含量以每年1%增加的数值试验(简称1%CO2试验)发现,随着全球气候变暖,高海拔地区总云覆盖率大量减少,且海拔最高处减少最明显,云覆盖率的减少导致到达地表太阳辐射增加,高海拔地区地表积雪溶化,地表反照率降低,进而引起地表吸收更多太阳辐射,地表吸收太阳辐射增加,因而造成高海拔处升温明显。可见云量减少和地表积雪溶化可能是高海拔地区气候强烈变暖的主要原因。另一方面,在50yrs试验中青藏高原西部地区气候变暖海拔依赖性不显著,这可能与近50年来大气中气溶胶含量持续增加有关。大气中气溶胶含量增加将引起到达地表太阳辐射降低,印度北部和中国东部是气溶胶含量增加的两个高值中心,到达地表太阳辐射在印度北部和中国东部降低趋势也最强。50yrs试验与1%CO2试验结果的对比表明,青藏高原地区受人类活动排放气溶胶的影响,近50年来西部地区积雪没有减少反而增加,这可能主要是气溶胶的降温效应引起的,可见气溶胶效应在一定程度上抑制了气候变暖海拔依赖性,在区域气候变化中具有重要作用。
全球气候变暖过程中,夏季中纬度陆地区域变冷现象似与海温变化密切相关。利用英国Hadley中心的海温数据驱动CAM3的数值模拟试验(简称SST试验),较好地模拟出了观测资料显示的美国中部、南美洲中部以及中国长江中下游等地区出现的夏季地面最高和平均温度的降温趋势。美国中部地面温度与赤道中东太平洋海温变化关系密切,赤道中东太平洋夏季海温偏暖试验(简称SST+试验)和偏冷试验(简称SST-试验)的敏感性分析表明,美国中部气温在赤道中东太平洋海温偏暖时比偏冷时夏季最高温度偏低4℃左右,最低温度也偏低2.4℃左右。中国长江中下游夏季区域变冷现象成因复杂,可能与人类活动排放气溶胶、大气环流变化等多种因素有关。