黑碳和硫酸盐气溶胶对冬季东亚高空急流影响的数值模拟研究

作     者：姚晨雨 

作者单位：南京信息工程大学 

学位级别：硕士

导师姓名：朱彬

授予年度：2020年

学科分类：07[理学] 070602[理学-大气物理学与大气环境] 0706[理学-大气科学] 

主      题：硫酸盐气溶胶 黑碳气溶胶 东亚 副热带急流 极锋急流 

摘      要：高空急流是一股强而窄的气流带,主要位于对流层上部或平流层下部,东亚急流包括副热带急流和极锋急流,均冬强夏弱。人类活动影响,东亚气溶胶及其前体物排放增加,首先会引起辐射强迫的变化,可能通过热力、动力过程,引起急流的变化。本文运用通用地球系统模式开展黑碳和硫酸盐对冬季东亚高空急流影响的数值模拟研究,并探究其中的热力、动力机制,及对降水的影响。黑碳在20-42.5°N,100-130°E浓度大幅升高;在黑碳浓度高值区,黑碳吸收太阳短波辐射加热大气中低层(500h Pa以下),降低大气稳定度,在对流层中层引起深对流,30°N以北有强上升运动,降水增多,释放潜热,进一步加热大气。在短波加热和湿过程水汽凝结释放潜热共同作用下,局地大气增温。陆地上黑碳浓度比海洋大,在高原上空,黑碳向上扩散更高,因此在陆地上有较强升温,升温最强位于高原,加大了高原北侧的温度经向梯度,高层极锋急流增强。由于陆地上大气升温,高层陆地上为高压异常,西太平洋上为低压异常,极锋急流位于高压异常的北侧,使得海洋上低压异常增强;副热带急流位于低压异常的北侧,有东风异常,副热带急流减弱。东海位于副热带急流入口区以南,降水减少。硫酸盐在15-35°N,100-130°E浓度大幅升高,硫酸盐直接效应对大气温度的影响很弱;硫酸盐作为云凝结核,使云滴数浓度增多,云滴有效半径减小;同时也会增加云水路径,云量增加,在第一、第二间接效应下,局地为负云短波辐射强迫,大气降温;由于硫酸盐的降温效应,在地表为高压异常,引起环流场调整,在日本南部及西太平洋上有冷空气堆积,在40°N附近减弱了温度经向梯度,高层纬向风减弱,因此副热带急流和极锋急流相互远离。在日本南部,由于副热带急流的南移,降水增多。在硫酸盐和黑碳对冬季东亚高空急流的共同作用中,黑碳在直接效应中起主导作用,大气升温;硫酸盐在间接效应中起主导作用,大气降温;黑碳对大气温度变化起主导作用,局地大气升温。两种气溶胶的共同作用使得副热带急流减弱,极锋急流增强。对比两种气溶胶单独引起的温度、急流等的变化与两种气溶胶共同作用引起的变化,我们可以发现不同种气溶胶的作用是非线性的叠加。