轨道尺度下东亚夏季风降水的北方主导演变模态

众多古气候记录的分析表明：轨道尺度气候变化下我国北方地区的季风降水变化显著，该现象的理解对于深入认识东亚夏季风降水的长期演变模态具有重要意义。本文基于瞬变古气候模拟的分析发现：在轨道尺度气候变化下，东亚夏季风降水的变化中心位于季风区北边界附近的半干旱区，是季风环流整体性演变及季风区北边界摆动的综合作用结果。东亚夏季风降水的轨道尺度演变模态与古气候记录的指示相一致，但与当前观测记录给出的以年际尺度变化为主的模态显著不同，说明东亚夏季风降水对气候变化的响应与气候变化的时间尺度有关。进一步的分析表明：轨道尺度气候变化下东亚夏季风北方降水的响应幅度取决于气候变化的驱动因素，其中轨道辐射的影响最为显著。     

中国硫酸盐气溶胶直接辐射效应性质与地表反射率的关系

地表反射率是影响硫酸盐气溶胶直接辐射效应的重要参数.本研究在MODIS地表反射率数据和中国二氧化硫排放清单数据的基础上,应用CanMETOP模型和SBDART模型,模拟地表反射率、纬度和直接辐射效应之间的关系,并对中国硫酸盐气溶胶直接辐射效应性质进行分析.结果表明,部分冬季积雪或终年冰雪覆盖的地区,其硫酸盐气溶胶直接辐射效应为正.该研究结果对硫酸盐气溶胶及其气候效应研究具有重要意义.     

大气环流模式CAM4对亚洲气候的高分辨率模拟

中小尺度地形不仅在区域尺度上影响降水和环流形势分布,还会影响季风、西风急流等大尺度的天气系统。新的全球模式分辨率得到明显提高,本研究通过对比分析CAM4高分辨率配置下的模拟结果与高分辨率APHRO降水和ERA-Interim再分析资料,评估高分辨率CAM4对亚洲地区气候系统的模拟性能。结果表明,该模式不仅对亚洲季风-干旱气候系统的大尺度分布特征有良好的模拟能力,还能很好地模拟出季风区和内陆干旱半干旱区年均和季节平均降水的高、低值中心以及水平风场、地表温度和海平面气压的区域差异性特征,尤其是山脉地形附近的降水极值和风场变化。此外,CAM4与气象资料间在不同空间尺度上的空间相关性均很好,其中地表温度的相关系数在0.9以上,降水在亚洲地区超过0.7。     

人类活动对轨道尺度全球季风区降水影响的模拟研究【封面文章】

目前，人类活动导致的温室气体增加是全球气候变化的主要驱动因素之一，但其在轨道尺度上对未来气候影响的研究却很少。利用海-陆-气耦合模式，对早全新世（距今10 ka前）、现代和未来10 ka后的气候进行了一系列敏感性数值试验，主要探讨了在轨道尺度上自然强迫和人为温室气体对全球季风区气候变化的可能影响。模拟结果表明：在自然强迫驱动下，未来10 ka后的地球气候与早全新世类似，北半球的地表温度和降水将高于工业革命前的水平，而南半球则相反。在人类活动驱动下，未来10 ka后全球地表温度将显著增加，除北美季风区外，所有季风区雨季的降水都将增加。受人类活动的影响，与工业革命前相比，极端降水和大气有效降水也将增加。在自然强迫下，雨季大气有效降水的增加主要是由于动力作用引起的大气环流增强，而人类活动引起的现代和未来10 ka后大气有效降水的增加主要是由于热力作用引起的大气水汽增加所致。     

鼎湖山主要森林生态系统地表N_2O通量

利用静态箱-气相色谱法对鼎湖山3 种处于演替不同阶段的森林类型(季风常绿阔叶林、针阔叶混交林和马尾松林)的地表N2O 通量进行了 1 年的原位观测和研究.结果表明,3 种林型地表 N2O 通量按从大到小的顺序为:季风林>混交林>松林;不同林型间的 N2O 通量差异与森林土壤的性质有密切关系,C/N 比值较低的季风林凋落叶对土壤中产生N2O 的微生物过程有较为明显的促进作用;从全年来看,松林地表N2O 通量的季节变化不明显,而季风林和混交林的地表 N2O 通量在雨季存在明显的降雨驱动效应,统计分析显示在该地区影响森林地表N2O 通量的主要因子是土壤湿度.     

鼎湖山主要森林生态系统地表N2O通量

利用静态箱-气相色谱法对鼎湖山3种处于演替不同阶段的森林类型(季风常绿阔叶林、针阔叶混交林和马尾松林)的地表N2O通量进行了1年的原位观测和研究.结果表明,3种林型地表N2O通量按从大到小的顺序为季风林>混交林>松林;不同林型间的N2O通量差异与森林土壤的性质有密切关系,C/N比值较低的季风林凋落叶对土壤中产生N2O的微生物过程有较为明显的促进作用;从全年来看,松林地表N2O通量的季节变化不明显,而季风林和混交林的地表N2O通量在雨季存在明显的降雨驱动效应,统计分析显示在该地区影响森林地表N2O通量的主要因子是土壤湿度.     

长江三角洲地区大气污染物输送规律研究

采用NCEP全球再分析资料运行MM5获得研究区域2004年代表月份的气象场模拟结果,运用HYSPLIT4.8模式,计算代表城市的后向及前向气流轨迹.结果表明,不同季节,气流轨迹的分布差异明显,影响范围各不相同.影响长三角地区低层大气的输送气流主要来源于蒙古、华北或东北地区,途径黄海海域或东部沿海的山东、江苏或上海等地抵达长三角地区.受夏季西南季风的影响,西南方向也是比较重要的输送途径.长江三角洲地区对外界的中尺度污染传输主要受东亚季风活动的影响,其中冬季季风是长三角污染物向华南和西太平洋地区传输的一个主要机制;影响长三角污染物输送的重要系统还包括春夏控制我国东部沿海地区的西太平洋副热带反气旋环流,该系统主要向西影响我国内陆地区.     

春夏转换期青藏高原南侧对流层大气经向温度梯度逆转与亚洲夏季风建立及降水变化的联系

利用欧洲中期数值预报中心(ECMWF)提供的1979—2014年逐日对流层大气再分析资料和美国气候预测中心(CPC)整理的同期逐日格点降水资料,分析了春夏季节转换期间青藏高原南侧对流层大气经向温度梯度逆转时间与亚洲季风建立及降水变化的关系。结果表明,从春到夏高原南侧对流层中上层(600~200 hPa)不同层次经向温度梯度逆转的时间不同,逆转时间最晚的400 hPa温度梯度逆转可作为青藏高原上空整层气柱变暖和亚洲夏季风全面建立的标志。36年的合成分析发现,随着400 hPa温度梯度的逆转,850 hPa上大于6 m·s~(-1)的强西南季风从10°N以南扩大到20°N以北并进入印度中部,东亚地区偏南气流也明显增强北进且在长江中下游形成稳定的辐合区,从而导致南亚和东亚季风区的核心地区降水急剧增加,温度梯度逆转后25天较前25天在印度中部和长江中下游地区的降水量分别增加220 mm和140 mm以上,对应印度季风突然爆发和江淮流域迅速进入梅雨期。     

青藏高原隆升对我国西南地区气候的影响——从季风角度研究

青藏高原隆升作为新生代最重要的地质事件,对亚洲乃至全球气候演化产生了深刻的影响。我国西南地区因紧邻青藏高原、地形地貌复杂,该区青藏高原隆升的气候效应至今仍存在许多需要探讨的问题。本文通过整理总结青藏高原隆升与亚洲季风各子系统形成与发展的相关性,从季风的角度分析了高原隆升对西南地区气候的影响。主要结论如下：（1）对西南地区气候起控制性作用的东亚季风、南亚季风以及高原季风的形成与青藏高原的隆升密切相关。虽然东亚夏季偏南风在约22 Ma就因海陆差异形成,但冬季风却是在约7.2 Ma因青藏高原隆升才出现;南亚夏季风（西南季风）约在12 Ma因喜马拉雅山脉及临近山脉形成而出现,而其冬季风形成时间及原因与东亚冬季风相似,同样离不开青藏高原的隆升;高原季风形成的直接因素就是高原隆升,其约在36 Ma青藏高原主体隆升至约1500 m时才开始形成。（2）亚洲季风各子系统对西南地区的气候演变有重要影响。尽管东亚冬季风不能直接影响西南地区,但青藏高原隆升增强了海陆差异及其热源作用,在一定程度上扩大了东亚夏季风的影响范围,并给西南地区带来水汽;南亚冬季风使得西南地区变得相对寒冷干燥,而南亚夏季风因青藏高原的隆升得到进一步加强,其通过形成南北向的水汽通道成为西南地区温暖湿润气候的主导者;高原冬、夏季风随着青藏高原隆升使得西南地区季节性干冷与湿润气候的差异更加显著。     

基于GOCI数据的霾天气气溶胶辐射强迫的日内变化——以长江三角洲为例

以长江三角洲（以下简称长三角）为研究区,基于2017年10~12月内共16d 94景的晴空静止卫星GOCI L1B图像和6S模型,采用深蓝算法反演长三角地区气溶胶光学厚度（AOD）,并利用2个实测站数据进行验证.再通过反演得到的AOD结果进一步模拟计算该区域地表和大气层顶的气溶胶直接辐射效应（ADRE）,并结合典型的雾霾天气进行分析.结果表明：利用GOCI数据反演的AOD具有较高拟合精度,北辰楼站点拟合相关性R²为0.68,太湖站点为0.67.空间上,由于气溶胶存在制冷效应,AOD和地表面、大气层顶气溶胶直接辐射强度均呈现出显著的线性关系.时间上,由于气溶胶扩散和风向等因素,早上和下午辐射效应强度较高,中午较低.其中10：00和11：00影像可以较好地模拟日均ADRE的特征,利用ADRE日内变化成功捕捉到一次雾霾爆发并消失的现象,对气象部门监测近地表气温和分析灰霾的形成等具有重要意义.     

气溶胶的辐射强迫作用研究进展

人类活动向大气中排放气溶胶,人为气溶胶增强了对太阳辐射吸收和散射直接改变地气系统的辐射平衡,又可以通过作为云凝结核或冰核改变云的微物理特性和停留时间、地表反照率等途径间接影响气候的辐射强迫。综合以往研究,文章主要总结了2种影响气候辐射强迫性质相反的黑碳气溶胶和硫酸盐气溶胶以及相对湿度和黑碳的混合状态对气溶胶辐射强迫效应的影响。完善对大气气溶胶,尤其是人类活动产生的气溶胶的气候强迫机制及对地气系统影响的认识。     

春季境外生物质燃烧对东亚臭氧污染的影响

目的定量研究境外生物质燃烧对春季东亚地表臭氧浓度的影响。方法利用敏感性分析法与线性加权法,使用全球化学传输模式GEOS-Chem模拟春季全球不同地区生物质燃烧排放对东亚地表臭氧的贡献。结果春季全球生物质燃烧对东亚地表臭氧贡献在1×10~(-9)～5×10~(-9)(按体积计算)之间,其中75%是境外生物质燃烧的贡献。境外生物质燃烧对中国南部的影响比东亚其他区域更大,可达3×10~(-9)。在所有境外源区中,生物质燃烧对东亚地表臭氧影响最大的源区是非洲与东南亚。前者是中国东北部、中国北部、朝韩及日本地区的主要境外贡献区域。后者对中国南部的相对贡献最大。结论春季境外生物质燃烧对东亚地表臭氧的贡献具有一定的空间差异。境外生物质燃烧对东亚空气质量有重要影响。东亚地表臭氧污染治理需要世界各国及区域之间的良好合作。     

平流层硫酸盐气溶胶辐射效应的模拟研究

平流层中的硫酸盐气溶胶在地球能量循环和全球气候变化中发挥着关键性作用.基于自主开发的矢量辐射传输模型,重点研究对流层气溶胶类型、平流层气溶胶光学厚度(AOD)、太阳天顶角(SZA)和地表反照率等对平流层硫酸盐气溶胶辐射强迫和大气加热速率等辐射效应的影响.结果表明,对流层无气溶胶时,平流层气溶胶在大气顶层(TOA)的辐射强迫为-15.80 W·m^-2,地气系统的冷却效应最大.对流层气溶胶为黑碳时,平流层气溶胶在大气底层(BOT)的辐射强迫最小,为-47.53 W·m^-2,地表冷却最大.同时,平流层硫酸盐的辐射强迫导致对流层降温,平流层升温,在模拟条件下,最大升温可达0.6 K·d^-1.此外,结果还表明,平流层硫酸盐辐射强迫对AOD、SZA和地表反照率均具有很高的敏感性.平流层气溶胶在TOA和BOT的辐射强迫随AOD的增大呈线性减小趋势,但随地表反照率的增大呈线性增大趋势.AOD和SZA的增大会强化辐射强迫的作用效果,但地表反照率的增大可能会改变辐射强迫的正负,导致平流层硫酸盐对地气系统的作用效果从冷却变为加热.     

香港大气气溶胶组成与特征

选用香港空气质量监测网中11个监测站1990～1994年间TSP（总悬浮粒子）和RSP（可吸入悬浮粒子）的监测数据,分析香港大气气溶胶的化学组成与时空变化。香港大气气溶胶的浓度较低,其浓度的季节变化主要受气候变化的影响。C是大气气溶胶中最重要的化学成分,它支配着气溶胶的季节和空间变化。SO^2-₄、NH⁺₄和NO^-₃的浓度很低,空间分布很均匀,其季节变化主要受东亚季风控制。海洋气溶胶主要以较大的颗粒形式存在,它的来源稳定且空间分布较均匀。扬尘浓度主要受降雨和湿度的影响。V和Ni浓度的季节变化与燃料油消耗量的季节变化相同,其空间的变化反映了当地工业窑炉排放对香港气溶胶的影响     

气溶胶辐射效应对气象和环境影响的观测与模拟研究

选取2015年和2019年不同代表年份,结合外场观测和数值模拟,分析了天津地区不同季节不同天气(晴天、多云、霾)下,气溶胶辐射效应对整层大气透过率和地表入射太阳辐射的影响,以及这种影响在不同年份的差异.借助WRF-Chem模式模拟分析了重污染期间气溶胶辐射效应对垂直方向上气象要素廓线、边界层结构以及PM_2.5浓度的反馈机制.结果表明:霾污染可导致大气透过率明显下降,春、秋、冬不同季节,霾污染导致中午大气透过率分别下降0.09,0.11和0.09.全年平均霾污染可导致大气透过率降低约15.5%.云量的增多也可导致大气透过率明显下降,多云天气下大气透过率相比晴天减小约22.4%.霾和云对大气透过率的影响还与太阳高度角有关,当太阳高度角>60°时,霾污染导致大气透过率下降8.6%.随污染等级提高,气溶胶对太阳辐射的衰减作用也越强,天津地区空气质量分别为Ⅰ～Ⅰ级时,中午地表入射短波辐射呈稳定下降趋势,依次为484,446,439,342,328和253W/m².重污染期间,气溶胶辐射效应导致大气低层(250m以下)降温(0.8℃)增湿(3.8%...     

乌鞘岭南、北坡降水稳定同位素特征及水汽来源对比

为了揭示季风边缘区降水中稳定同位素特征及水汽来源,利用2016年10月至2017年10月采集的97个降水样品,采用相关分析和HYSPLIT模型,对乌鞘岭南、北坡降水稳定同位素的特征、大气水线方程、温度和降水量效应、水汽来源进行了对比分析.结果表明,南坡大气降水线的斜率与截距低于全球大气水线(GMWL)和北坡大气降水线;南、北坡的同位素温度效应和季节效应明显,但北坡的温度效应比南坡更为明显;除北坡夏季和南坡降水量小于5 mm时降水稳定同位素表现出微弱的降水量效应,南、北坡其它季节或其它降水量级均无明显的降水量效应;来自西北和北方的水汽占90%以上,北坡受季风水汽影响极少,南坡夏季会受到东南季风影响,局地水汽再循环对乌鞘岭南、北坡水汽也有贡献.本研究可提高对高寒山区降水同位素演化的认知,为寒旱区同位素水文学的进一步研究奠定基础.     

亚洲季风变迁与全球气候的联系

通过研究冰期-间冰期至百年尺度亚洲季风的演变特征,阐明了季风变化同南北半球冰量、太阳辐射、大洋环流、热带辐合带等气候系统内外部因子的动力联系。在海-陆-气相互作用的框架下提出了"冰期-间冰期印度季风变化动力学"新理论,揭示大西洋经向环流对东亚季风突变事件的影响和动力过程,探讨了全新世亚洲季风变化的时空特征和控制因素。该项成果以亚洲季风变迁历史和机理为主线,从地球系统科学的视角,将亚洲古季风研究拓展为多尺度与多动力因子、区域与全球相结合的集成研究,推动了与季风相关的过去全球变化科学的发展。     

沙尘气溶胶的跨亚欧大陆传输对东亚地区大气环境的影响

基于全球大气环流模式CAM3.1对2002—2003年模拟的全球沙尘气溶胶分布及其变化的评估,通过去除东亚沙漠(局地源)的敏感性模拟试验来分析北非、阿拉伯和中亚地区沙漠区(外部源)的沙尘气溶胶跨亚欧大陆传输对东亚地区大气沙尘气溶胶的贡献.结果表明,受到大气沙尘气溶胶的跨亚欧大陆传输的影响,东亚以外沙尘源对青藏高原大气贡献率最大,对我国北方干旱半干旱地区大气贡献率最小,对中国南方地区和日韩及邻近的西北太平洋地区大气贡献率基本相当.东亚地区秋(冬)季大气受到东亚以外沙尘源的影响最弱(强).我国北方干旱半干旱地区近地层大气沙尘气溶胶的外源贡献率秋季最小(约5%),冬季最大(约30%).青藏高原冬季60%~80%的近地面大气沙尘气溶胶来自东亚以外的沙漠区,而在秋季则只有约20%~60%.外源对东亚大气沙尘气溶胶柱浓度和对近地面大气沙尘气溶胶的影响具有基本一致的季节特征,但对柱浓度的贡献率一般偏大10%~40%.沙尘气溶胶跨亚欧大陆传输对东亚地区的影响主要集中在2~6 km的自由对流层.随对流层高度的增加东亚各地区外源贡献率均增加.青藏高原地区以年平均对流层沙尘气溶胶外源贡献率62%~81%成为东亚地区最大的影响区域.     

香港及珠三角地区MODIS高分辨率气溶胶光学厚度的反演

为了有效解决地区性和城市范围内的气溶胶分布并反演陆地上气溶胶的性质,一种针对中分辨率成像光谱辐射计(MODIS)的气溶胶反演新算法应运而生.本文首先通过改良的最小反射率技术(MRT)来确定季节性的地表反射率和利用瑞利通道辐射率中解析出大气上气溶胶的反射率来估计气溶胶的反射系数.结果表明,MRT地表反射率的图像和MODIS地表反射系数的产品(MOD09)有很好的契合度.两者的相关系数高达0.9.此外,考虑到不同气溶胶的光学性质和太阳观测组合对计算辐射传输的影响,本研究还制定了全面广泛的差算表(LUT).由此产生的卫星500m分辨率的气溶胶光学厚度(AOT)和香港太阳光度计(AERONET)及MicrotopsⅡ观测资料的相关系数r分别为0.96和0.87(相伴概率值P<0.0001).该研究证明了城区高分辨率气溶胶反演的可行性,还能帮助研究气溶胶的分布和城区大气瞬态污染的影响.此外,MODIS 500m分辨率的气溶胶光学厚度图像还可用于研究跨境气溶胶,使定位珠江三角洲区域污染源变得可行.     

大气气溶胶对气候与生态系统影响的综合评述

在广泛收集国内外有关大气气溶胶对气候与环境生态系统影响文献的基础上,对我国大气气溶胶的排放状况、大气气溶胶对气候系统直接和间接影响研究以及大气气溶胶的气候和生态环境效应等方面做了综合评估。