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中国内地和印度黑碳气溶胶对东亚冬季气候的影响研究

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大气科学 2023年第4期47卷 1113-1130页

作者：蔺惠娟李沐阳庄炳亮陈慧敏魏雯高伊曼王体健李树陈璞珑南京大学大气科学学院南京210023

黑碳(BC)气溶胶(简称黑碳)对区域和全球气候变化具有重要影响。为了进一步认识亚洲地区黑碳的区域气候效应,本文使用新一代的区域气候—化学模式regcm4,研究了来自印度和中国内地的黑碳排放对东亚冬季气候的影响。结果表明:来自中国内... 详细信息

黑碳(BC)气溶胶(简称黑碳)对区域和全球气候变化具有重要影响。为了进一步认识亚洲地区黑碳的区域气候效应,本文使用新一代的区域气候—化学模式regcm4,研究了来自印度和中国内地的黑碳排放对东亚冬季气候的影响。结果表明:来自中国内地和印度的黑碳排放可导致东亚地区黑碳的区域平均柱含量、大气顶和地表有效辐射强迫分别变化了+1.78 mg m^(−2)、+1.98 W m^(−2)和−2.17 W m^(−2)。中国内地和印度黑碳对东亚气候的影响机制相同。印度黑碳对东亚冬季气候的影响主要通过对大气动力过程的调整来实现,由此造成的散射气溶胶浓度增加可导致该区域850 hPa附近和地表气温降低,而中国内地的黑碳还可直接影响东亚气候,其加热效应可导致该区域大部分地区850 hPa附近的气层变暖。由于中国内地黑碳在东亚地区占主导,其在影响东亚区域气候变化方面发挥着更重要的作用。总体而言,两地总的黑碳会造成850 hPa高度附近云量减少和气温升高;地表日照时数减少,气温、感热通量和地表蒸发量下降;边界层高度降低和散射气溶胶的柱含量上升。研究结果还进一步反映了东亚冬季气候对不同排放黑碳的响应表现出了一定的非线性。

关键词：黑碳气溶胶中国内地印度 regcm4模式气候效应

利用区域气候模式预估未来登陆中国热带气旋活动

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气候变化研究进展 2023年第1期19卷 23-37页

作者：聂心宇谭红建蔡榕硕高学杰自然资源部第三海洋研究所厦门361005 中国科学院大气物理研究所北京100029

鉴于热带气旋(TC)对我国沿海地区的影响,研究全球变暖背景下未来登陆我国TC活动的变化,对于我国沿海地区的防灾减灾具有重要意义。基于CMIP5中全球气候模式HadGEM2-ES数据,文中利用区域气候模式regcm4开展了历史时期和3种情景(RCP2.6、R... 详细信息

鉴于热带气旋(TC)对我国沿海地区的影响,研究全球变暖背景下未来登陆我国TC活动的变化,对于我国沿海地区的防灾减灾具有重要意义。基于CMIP5中全球气候模式HadGEM2-ES数据,文中利用区域气候模式regcm4开展了历史时期和3种情景(RCP2.6、RCP4.5和RCP8.5)下未来东亚区域气候的动力降尺度模拟,检验了模式对历史登陆我国TC活动及其相关大尺度环境场的模拟能力,并预估了3种情景下2030—2039年、2050—2059年和2089—2098年,登陆我国TC的路径、强度和频率的变化特征。结果表明:模式能合理地再现东亚区域历史时期(1986—2005年)大气环流场的空间结构以及登陆我国TC的特征;在3种情景下未来登陆我国TC的平均强度和数量均有不同程度的增加,尤其是台风及以上级别TC的总数明显增加,其中RCP8.5情景最突出,到21世纪末期(2089—2098年)登陆我国TC的平均强度、台风及以上级别TC总数的年平均值较历史时期将分别增加7.56%和1.05个;不同情景下未来登陆我国TC的路径均有不同程度的北移趋势,且全球升温的幅度越大,北移趋势越明显,这可能与未来中国近海显著变暖和垂直风切变减弱有关。未来我国沿海地区尤其是中高纬度很可能将面临日益严峻的TC灾害风险,亟需尽快开展防灾减灾及对策研究。

关键词： regcm4模式中国热带气旋(TC) 路径北移预估

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中国干湿变化的高分辨率区域气候模式预估

大气科学 2020年第6期44卷 1203-1212页

作者：王恺曦姜大膀华维成都信息工程大学成都610225 中国科学院大气物理研究所北京100029 中国科学院大学北京100049

本文使用三个全球气候模式驱动下的高分辨率区域气候模式regcm4的试验数据,首先评估了regcm4对参考时段(1986~2005年)中国干燥度指数(AI)的模拟能力,而后根据典型浓度路径中等排放(RCP4.5)情景下regcm4试验对中国未来干湿变化进行了预... 详细信息

本文使用三个全球气候模式驱动下的高分辨率区域气候模式regcm4的试验数据,首先评估了regcm4对参考时段(1986~2005年)中国干燥度指数(AI)的模拟能力,而后根据典型浓度路径中等排放(RCP4.5)情景下regcm4试验对中国未来干湿变化进行了预估研究。结果表明,regcm4能够合理模拟中国区域AI的空间分布。两种潜在蒸散发计算方法得到的参考时段AI在空间分布和数值上存在一定差异,尤其是在中国西部高海拔地区和北方地区。在三个全球气候模式驱动场作用下的regcm4预估试验中,21世纪中期(2046~2065年)和末期(2081~2098年)中国区域平均AI较参考时段分别减小2%~4%和2%~5%,其中西北中部变湿,其他地区均变干。不同地区未来干湿变化的主要影响因素存在差异,西北中部降水变化为主导因素,其他地区主要受控于升温所引起的潜在蒸散发变化。

关键词： regcm4模式干湿变化潜在蒸散发预估

青藏高原土壤冻融过程陆面能水特征及区域气候效应研究

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青藏高原土壤冻融过程陆面能水特征及区域气候效应研究

作者：陈渤黎中国科学院研究生院(寒区旱区环境与工程研究所)

学位级别：硕士

冻土是陆面重要的强迫因子。土壤冻融过程对局地能量与水分循环有重要影响，进而对天气及气候变化起到至关重要的作用。青藏高原大面积的冻土下垫面影响了该地区及周边地区能水循环过程，在高原气候的形成与变化中起到了一定作用。本论... 详细信息

冻土是陆面重要的强迫因子。土壤冻融过程对局地能量与水分循环有重要影响，进而对天气及气候变化起到至关重要的作用。青藏高原大面积的冻土下垫面影响了该地区及周边地区能水循环过程，在高原气候的形成与变化中起到了一定作用。本论文研究了青藏高原单站冻融期的地表水热特征;验证了陆面过程模式CLM3.5在青藏高原的模拟性能;将新的热传导率参数化方案引入耦合了CLM3.5的regcm4模式中进行了模拟;并进行了有无土壤冻融过程的单点和区域模拟实验。全文研究工作分为以下四个方面：首先，对位于青藏高原东部若尔盖站2010年的观测数据进行了分析，对该站冻融期的地表水热特征有了初步的认识。根据表层土壤日最高最低温度将全年分为完全冻结、消融过程、完全消融、冻结过程4个阶段。分析表明20cm及以上层土壤温度呈正弦型日变化，各层土壤温度和土壤含水量呈现显著年变化。在消融过程阶段，80cm及以上层土壤含水量骤增、土壤温度快速升高;在冻结过程阶段，80cm及以上层土壤含水量骤降、土壤温度快速降低。160cm层已无冻融发生。地表各能量通量日变化、年变化均较显著，其中净辐射、潜热通量呈单峰型年变化;感热通量呈双峰型年变化;地表土壤热通量年变化较复杂，在完全冻结期和冻结过程期从日平均看土壤向大气放热，而在完全消融和消融过程期从日平均看大气向土壤放热。冻融过程对各能量通量有一定影响。冻融期波文比的平均值较完全消融期更大。能量不闭合现象在全年均表现明显，冻融期较完全消融期能量闭合度更小。其次，分别使用CLM3.5和CLM3.0模式对若尔盖站进行了单点模拟实验，通过对比观测值与模拟值验证了模式对高原季节性冻土地区的模拟能力。结果表明CLM3.5能够较好的模拟冻融期土壤温度、土壤含水量、地表各能量通量的变化。CLM3.5中加入了未冻水参数化方案，使模式可以模拟到冻结后土壤中存留的未冻水，冻融期各层土壤含水量的模拟值与观测值较接近，较CLM3.0有了显著改善，同时土壤含冰量的模拟值较CLM3.0减小。在土壤温度的模拟上，CLM3.5较3.0也有一定改进，冻融过程阶段浅层土壤温度日变化的模拟值较CLM3.0减小。由于水与冰热力性质的差异，加入未冻水方案导致冻土热容量的模拟值增大，热导率的模拟值减小，使冻融期土壤温度的模拟较CLM3.0有了一定程度的改善。但模拟中仍然发现了一些问题，如冻融过程阶段土壤含水量骤降骤增的时间均较观测提前;模拟的冻融速率偏大导致冻融过程较真实情况更快完成;模拟的冻结深度较观测显著偏深。然后，针对模拟中出现的问题，发现CLM3.5中土壤基质热导率参数化方案在高原地区计算值显著偏大，由于冻土中冰的高热导率，进一步增大了冻土热导率计算的偏差，故冻融期模拟的偏差较完全消融期更大。将在高原地区计算较为准确的Johansen土壤热导率方案替换模式中原方案并对若尔盖站进行单点模拟实验后发现，新模拟结果较原模拟更好。如显著减小了暖舌冷舌的模拟深度;含水量骤降骤增的时间更加符合观测;冻结期土壤温度模拟值偏低的现象也有一定改善。将Johansen方案引入耦合了CLM3.5的regcm4模式中，并对整个青藏高原地区进行模拟后发现，80cm及以下深度土壤温度的模拟值出现了明显变化，冬季土壤温度升高，夏季降低，显著减小了土壤温度的年较差。其中土壤温度年较差的减小与观测站点的数据一致。但考虑到模式对气温模拟存在整体冷偏差，这一参数化方案的改进在冬季可以减小土壤温度模拟的偏差，但在夏季却可能增大了模拟的偏差。最后，使用CLM3.5和regcm4模式分别对若尔盖站和青藏高原进行了有无冻融过程的单点和区域模拟实验。结果表明冻融过程是土壤温度季节变化的缓冲器。冻结过程释放大量相变能量使土壤温度不至太低，减缓了气温降低对陆面的冷却作用;消融过程吸收大量相变能量使土壤温度不至太高，减缓了气温升高对陆面的加热作用。冻融过程使地气系统之间能量交换加强。冻结过程阶段由于相变能量的释放，增大了土壤向大气传输的地表土壤热通量，地表向上辐射、感热潜热通量均增大;消融过程阶段由于吸收相变能量，增大了大气向土壤传输的地表土壤热通量，感热潜热通量均减小。高原地区冻融过程对高低空形势亦有一定影响。高原地区冻结过程增大了高原冬季地表热源，使近地面至高空350hPa温度升高，由于冬季高原处于冷高压控制下，气温升高使位势高度降低;消融过程减小了高原夏季地表热源，使近地面至高空200hPa温度降低，由于夏季高原对流层高层为南亚高压，在高压所在处位势高度增大，故冻融过程对南亚高压的维持可能有一定贡献。在全球变暖的背景下，青藏高原部分多年冻土退化为季节性冻土且活动层厚度增大，冻融过程的区域气候效应随之增大可能会加速冻土的退化。

关键词：青藏高原冻融过程陆面能量气候效应模拟实验 CLM3.5模式 regcm4模式

两种温室气体排放情景下汛期江淮暴雨低涡特征研究

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两种温室气体排放情景下汛期江淮暴雨低涡特征研究

作者：徐方姝南京信息工程大学

学位级别：硕士

本文基于一个水平分辨率为50 km的区域气候模式regcm4 （Regional Climate Model Version 4.0）的模拟与预估结果,结合新一代情景“典型浓度路径”（Representative Concentration Pathways, RCPs）的未来RCP 8.5与RCP 4.5两种温室气体... 详细信息

本文基于一个水平分辨率为50 km的区域气候模式regcm4 （Regional Climate Model Version 4.0）的模拟与预估结果,结合新一代情景“典型浓度路径”（Representative Concentration Pathways, RCPs）的未来RCP 8.5与RCP 4.5两种温室气体排放情景,对我国汛期江淮暴雨低涡进行分析研究,在检验模式对低涡的模拟能力基础上,进一步探讨未来两种温室气体排放情景下2020-2030年汛期江淮暴雨低涡的的统计特征、结构特征及演变特征。结果表明：regcm4模式对环境要素及低涡都具有一定的模拟能力,低涡的伸展高度、生命期及暴雨位置模拟结果与观测较为接近,但模拟的低涡个数、最大暖区高度、以及温、湿要素分布均比实际略偏低,而风速和低涡的强度模拟则偏强;在未来两种温室气体排放情景预估方面,RCP 4.5情景下,暴雨低涡数量比例减少,强度减弱,但低涡发展高度仍以850 hPa为主,生命期多为2天以内,低涡雨区分布及最大暖区高度均与历史时段相近;RCP 8.5情景下,暴雨低涡比例明显大于RC P 4.5情景,低涡发展高度以700 hPa为主,生命期达3天的增多,强度增强,最大暖区厚度范围显著伸展。两种情景下均有低涡中温度锋区减弱,而湿度锋区增强,但RCP 8.5情景减弱与增强更显著。演变特征方面,未来两种温室气体排放情景下暴雨低涡移动路径均主要为东北路和东路,但RCP 8.5情景下偏北路径的低涡也达到了18.2%;从各类路径典型暴雨低涡强度随时间的变化上来看,RCP4.5情景下的暴雨低涡强度随时间变化整体强度弱于RCP 8.5情景,且低涡变化趋势较RCP 8.5情景更加稳定。说明高温室气体排放情景下低涡强度的增强以及变化趋势的复杂性,都能影响低涡暴雨的强度发生改变,显示更高的温室气体排放将导致未来出现更强的暴雨低涡,造成伴随暴雨的低涡灾害性天气的增加,因此应进一步深化对低涡暴雨灾害性天气发展趋势的研究。

关键词： regcm4模式典型浓度路径(RCPs) 江淮汛期暴雨低涡

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不同排放情景对江淮暴雨低涡特征的影响

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