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全球变化条件下的平流层大气长期变化趋势1 胡永云，丁峰，夏炎 （北京大学物理学院大气科学系，北京，10087） 摘要：两个因素将对 21 世纪平流层气候变化产生重要作用。一个是温室气体增 加，另一个是平流层臭氧的可能恢复。温室气体增加的辐射效应一方面造成地面 和对流层变暖，另一方面却导致平流层变冷，而臭氧层恢复的辐射效应则导致平 流层变暖。在温室气体增加和臭氧恢复这两种相反因素作用下的平流层温度如何 变化是本文所关心的主要问题。为了预估平流层温度在 21 世纪的变化，我们使 用了辐射-对流模式进行了敏感性实验，另外，我们也对他人进行的化学-气候耦 合模式（CCM）模拟结果进行了分析。这些模拟结果表明，在 21 世纪平流层中 上层（60～1 hPa）将变冷，而下层（150～60 hPa）变暖。这说明在平流层中上 层温室气体的冷却效应将起主导作用，而臭氧恢复的加热效应在平流层下层相对 更为重要。CCM 的模拟结果表明，臭氧恢复最显著的区域在平流层上层（3 hPa 附近），与最大降温区一致，说明温室气体增加将有利于平流层上层臭氧恢复。 CCM 的模拟结果还表明，平流层两极地区在冬半年存在变暖的现象。根据已有 的研究结果，极区变暖与平流层行星波活动增强有关，动力、热力和化学之间的 正反馈作用也有可能对极区变暖有重要的贡献。 关键词：平流层；气候变化；臭氧层恢复；温室气体增加；温室效应 中图分类号：?????文献标志码：A? 1 引言 平流层气候变化是全球气候变化的一个重要组成部分。在全球气候变化条件 下，平流层气候如何变化，它又将如何影响对流层气候变化将是气候变化研究中 的一个重要问题[1]。可是，必威体育精装版的政府间气候变化评估报告[2]还没能考虑平流层 气候变化及其对对流层气候变化的影响，可以预期的是，在下一次气候变化评估 中，平流层气候变化及其对对流层气候变化的影响将是重点之一。简要地讲，影 响平流层气候变化的因素主要包括辐射、化学和动力等过程，而温度场的变化最 能集中反映这些过程的相互作用，也最能反映平流层的气候变化。所以，本文的 重点集中在平流层的温度变化。 平流层臭氧浓度的变化对平流层温度有着最为直接和重要的影响，这是因为 臭氧对太阳紫外波段辐射的吸收是加热平流层大气的主要能量来源。在 20 世纪 的后 20 年里，平流层臭氧浓度出现持续性的降低，我们现在已很清楚地了解到 平流层臭氧浓度的持续性降低是因为人类制造的氟利昂造成臭氧损耗的结果[3]。 伴随着臭氧损耗，平流层温度出现持续性的降低[4]，平流层臭氧损耗和变冷曾是 过去 20 年平流层研究和全球气候变化的焦点之一。可是，近些年的观测发现平 流层臭氧自 20 世纪 90 年代末以来的近 10 年里呈现上升趋势[5-7]，相应地，平流 层中低层温度也存在上升趋势[7]。这些研究倾向于认为近 10 年来的平流层臭氧 升高趋势是臭氧层恢复开始恢复的信号，因为臭氧的回升趋势与近几年观测到的 平流层等价有效氯含量（包括 Cl 和 Br）的下降趋势是一致的。根据预估的平流 ????????????????????????????????????????????????????????????? 收稿日期：? 基金项目：国家自然科学基金面上项目和国家自然科学基金重点项目， 教育部科学技术研究重点项目（106002）和博士点基金（20070001002）。 作者简介：胡永云（1965-），男，河南唐河人，教授，主要从事气候动力学和气候模拟研 究.E-mail：yyhu@? 1? ? 层等价有效氯含量以及温室气体在 21 世纪的变化趋势，一些模拟研究表明平流 层臭氧有可能在 2050 年左右恢复到 1979 年以前的水平[8-9]。因为臭氧最大浓度 位于平流层中低层（25 km）左右，臭氧恢复导致对平流层温度的影响大约也应 该在平流层中低层。 另一方面，影响全球气候变化最为重要的因素是温室气体增加，该趋势在