人为气溶胶与温室气体共存条件下海气响应特征及其机制研究

Anthropogenic aerosols and greenhouse gases are produced by human activities. The associated weather and climate changes exert great influences in the national development and people’s lives. Previous studies mostly focused on the climatic impact of either forcing factor. However, these two anthropogenic forcing factors, showing opposite thermal impacts, have been coexisting in the atmospheres. Thus, what are the features of air-sea coupling in response to the coexisting forcing factors? How do they differ from the individual effects? What are the physical processes and mechanisms behind? Our previous study shows that the combined effect are quite different from the individual effect and the linear combination of them. Using both atmosphere-alone and coupled general circulation models, our proposal will focus on: (1) climatic responses to either anthropogenic forcing factors, specifically, atmospheric responses to slow changes of the sea surface temperature; (2) spatiotemporal characteristics of the air-sea coupling response to the combined forcing, and the differences from the individual effects and the mechanisms involved. The results of this project will provide theory basis to deepen the scientific understanding climatic responses to the coexisting anthropogenic aerosols and greenhouse gases, together with the prediction of future climate changes.

人为气溶胶和温室气体与人类活动密切相关，它们引起的天气和气候变化给国家发展和人民生活带来了重要影响。以往关于人类活动气候效应的研究主要针对单个人为强迫的影响，但人为气溶胶和温室气体是同时存在于大气中的，并且具有几乎相反的热力性质。那么，当两者共存时海气的响应有何特征？与单个强迫的作用有何差异？其中的物理过程和机制是什么？我们的预研究发现，两个人为强迫对气候的共同作用不同于单个强迫的气候效应，也并非两者气候效应的线性叠加。本项目将基于人为气溶胶和温室气体的并存关系，采用全球大气环流模式和海气耦合模式，研究以下问题：（1）大气对人为气溶胶和温室气体的响应，特别是海洋响应对大气的影响过程；（2）两个外强迫共存时海气响应的时空特征，及其与单个强迫气候效应的差异和可能机制。通过本项目的研究，为深入认识人为气溶胶和温室气体共存时气候的响应和预测未来气候变化提供理论依据。

人为气溶胶和温室气体与人类活动密切相关，两者同时存在于大气中并且具有几乎相反的热力性质。本项目利用全球大气环流模式和海气耦合模式，研究了人为气溶胶和温室气体引起的海气响应特征以及两者共存引起的非线性气候效应，取得了以下一些有意义的成果。1）各个季节东亚地区对流层高层的降温主要受亚洲以外气溶胶的影响，亚洲以外人为气溶胶通过引起驻波响应来改变东亚对流层中高层的大气温度及其经向温度梯度，并引起东亚高空急流强度和位置的变化；亚洲气溶胶决定了东亚近地表降温的时空分布特征，而亚洲区域外气溶胶放大了夏季我国北方的近地面降温幅度。2）人为气溶胶在天气尺度上引起的冬季北半球大气环流变化主要表现为两类响应型，第一类环流响应型表现为类似于亚洲–白令海–北美遥相关型，而另一类环流响应型则主要表现为类似北极涛动的异常环流分布；人为气溶胶引起的大气环流变化可以通过引起中纬度暖湿气团和极地干冷气团的经向移动造成中高纬度地区近地面温度的异常。3）在二氧化碳和人为气溶胶共存条件下，夏季的东亚、秋季的北极和冬季的欧亚大陆地区存在显著的非线性气候响应；非线性气候响使得东亚夏季雨带北移；由于海冰对二氧化碳和人为气溶胶引起的温度变化具有明显的非对称性响应特征，秋季北极海冰的减少量比单个因子效应的线性叠加要偏少，从而减缓温室气体引起的北极增暖；而在冬季，二氧化碳引起的大气环流变化会造成欧洲气溶胶的重新分布，并最终通过气溶胶的直接和间接效应引起区域热力响应。