平流层臭氧、水汽和动力气候反馈机制研究

Feedback processes play critically important roles in global climate changes. Tropospheric feedbacks are familiar to us. In contrast, the importance of stratospheric feedbacks is less well recognized because it was commonly thought that the stratosphere only responds to external radiative forcings with self-adjustments, but not feeding back to the climate system. Recent studies have demonstrated that stratospheric feedback processes have significant contributions to climate changes. The purpose of this proposal is to study the mechanisms of stratospheric feedbacks and their contributions to the climate system. In particular, we will study direct and indirect feedbacks of stratospheric water vapor and ozone as well as their coupling with atmospheric circulations and waves. Specifically, we will study: dynamic feedbacks of the enhanced Brewer-Dobson circulation (BDC) caused by global greenhouse warming and its importance in transporting water vapor and ozone, direct and indirect stratospheric water-vapor feedbacks with its spatial pattern coupled with BDC, cloud feedbacks due to ozone recovery.

反馈过程在气候变化中起着重要的作用。对于对流层气候反馈机制，我们了解得较多，但对平流层气候反馈，我们则不太熟悉。这主要是因为过去认为大气平流层的辐射作用仅是对气候系统辐射强迫的调整，如对温室气体的辐射冷却作用的迅速响应，而不会对对流层和地面气候产生显著的影响。但最近的研究表明，平流层辐射反馈，尤其是平流层水汽和臭氧的气候反馈作用，对地面和对流层气候有显著的影响。本项目的目的就是研究平流层气候反馈过程的机制及其对气候系统的重要性。我们尤其关注水汽、臭氧和动力（大气环流和波动）反馈以及他们相互耦合相耦合所产生的对对流层的气候反馈。具体地讲，我们将研究平流层全球变暖导致的Brewer-Dobson环流（BDC）增强所产生的动力反馈及其对水汽和臭氧的输送、平流层水汽的直接辐射反馈及其与大气环流相结合的间接反馈、平流层臭氧恢复所产生的云辐射反馈、水汽与动力和热力场相耦合的反馈的空间模态等。

反馈过程在气候系统中起着重要作用。即使是弱的扰动，可以通过反馈过程导致显著的气候系统变化。对于对流层气候反馈过程，已有很多研究。但对于平流层气候变化及其对对流层和地表气候的反馈作用，则相对研究较少。本项目的目的就是研究平流层气候反馈过程的机制及其对对流层和地表气候的重要影响。..主要结果如下：1）澄清了臭氧恢复的正辐射效应如何通过云和海冰的负反馈作用对对流层和地表产生负的辐射影响；2）发现上对流层-下平流层（UTLS）区臭氧浓度变化对对流层气候有着最为重要的影响；3）模拟试验表明了，南极臭氧洞恢复通过云的负反馈作用导致南极海冰增加；4）阐述了随着全球变暖，对流层顶变暖所导致的平流层水汽增加效应与Brewer-Dobson环流增强所导致的平流层水汽减少响应大致互相抵消；5）发现南极平流层增暖在过去10多年仍在持续，主要是由于臭氧恢复造成的，这与1979-2006年期间的动力增温不同；6）发现在全球变暖背景下，平流层水汽辐射反馈增强，这对未来全球变暖背景下的气候敏感性增加有重要影响。..共发表论文34篇，其中第一标注14篇，第二标注12篇，其它标注8篇。