模拟区域气候模式riems20中的粉尘气溶胶输送及辐射效应.docxVIP

模拟区域气候模式riems20中的粉尘气溶胶输送及辐射效应 沙气溶胶是重要的流畅液中的一个重要成分。据估计，世界每年进入大气的沙气溶胶达到10.20亿吨，占总气溶胶总量的一半以上。气候沙气溶胶主要来自干燥或半干旱沙漠、戈壁和沙漠土地，它们对基质和气候条件的影响很大。在世界范围内，主要来源是北非的撒哈拉沙漠和中亚的塔克拉玛干沙漠。东亚地区的沙区主要由中亚和中国西北部的沙漠和洛杉矶高原组成。春天，中国北方裸露的牧场和耕地也成为沙源区。通过分散和吸收太阳辐射，吸收和释放红外辐射，直接影响地气系统的辐射能量收支，影响该地区和世界的气候变化。 自20世纪70年代以来, 国内外许多学者对撒哈拉、美国西南部、阿拉伯半岛及中亚等沙漠地区沙尘气溶胶的产生、远程输送, 大气沙尘气溶胶的物理化学特性及辐射气候效应已有不少的观测与研究.其中, Westphal等利用撒哈拉沙漠的观测资料建立了二维沙尘气溶胶模式, 并对沙尘气溶胶的长距离输送做了研究.Tegen和 Fung利用一个全球传输模式, 详细模拟了全球的起沙源地、输送以及光学厚度分布.其后Tegen 和Lacis又利用 (general circulation model, GCM) 具体模拟了沙尘气溶胶中不同半径的粒子对辐射的影响, 发现沙尘粒子的谱分布和垂直分布会严重影响沙尘气溶胶的辐射强迫.Claquin等研究了不同光学参数对于沙尘气溶胶辐射强迫的影响, 发现沙尘气溶胶折射指数的虚部的变化会导致辐射强迫的计算有±40%的误差;粒子谱的分布会严重影响沙尘气溶胶的光学特性, 另外温度和沙尘气溶胶的垂直分布对长波辐射强迫的计算影响也很大, 从而使得沙尘气溶胶的辐射计算有很大的不确定性.Lunt 和Valdes使用一个GCM驱动的离线沙尘模式, 模拟了全球沙尘气溶胶柱浓度分布的季节变化;并且详细研究了不同物理参数对沙尘柱浓度的影响.黄美元、王自发在比较国内外相关起沙机制模型的基础上, 结合中国北方大量气象台站的有关起沙过程的观测资料, 提出了一个适合我国北方的用于黄沙输送模拟与预报的新的起沙机制模型.采用此起沙模型, 通过对黄沙输送过程中的干沉降过程、降水清除过程的参数化处理, 并考虑了黄沙的分谱机理及可能的微物理过程, 建立了适合东亚地区的分谱的黄沙输送模式.王宏、石广玉在中国西北部沙漠地区进行了气溶胶采样, 经过成分分析和理论计算, 得出了该地区沙尘气溶胶的主要光学特性.将其作为中国和东亚地区沙尘气溶胶光学模型的代表, 模拟了东亚-北太平洋地区2001年春季平均辐射强迫, 模拟估算的2001年春节东亚-北太平洋地区大气顶净辐射强迫为-0.94 W/m2, 地面-5.45 W/m2.吴涧等在区域气候模式RegCM3中加入起尘方案、建立矿物尘气溶胶输送模式, 并将其辐射过程加入区域气候模式的辐射方案.通过对2001年3月-2002年3月的模拟发现东亚地区气溶胶大气顶直接辐射强迫基本呈现大陆上为正、海洋上正负均有的分布特征, 区域平均辐射强迫在春、夏、秋、冬分别为1.08, 0.88, 0.37, 0.40 W/m2.黄建平等人利用现有资料讨论了沙尘气溶胶对云的影响, 发现沙尘气溶胶的存在可以明显减弱云对地气系统的冷却作用, 同时沙尘气溶胶加热云层, 使云中水滴的蒸发增强, 从而降低云的含水量, 并导致降水的减少.总之, 目前的研究表明沙尘气溶胶的作用机制极为复杂, 对气候的影响有很大的不确定性. 本文利用区域气候模式RIEMS2.0耦合沙尘气溶胶输送模式分别模拟了1998年春季中国的沙尘气溶胶源区和沙尘气溶胶的光学厚度, 并与同期卫星资料进行了比较.然后估算了中国地区的辐射强迫, 以及对地面温度和降水的影响. 1 riems2.0与mm3的比较 本文中的区域气候模拟是中国科学院大气物理研究所东亚中心在MM5V3基础上发展起来的新版本RIEMS2.0模式, 与原来的MM5V3相比, RIEMS2.0增加了植被-气候相互作用的陆面过程, 水文过程和CCM3的辐射方案以及大气化学-气溶胶模式, 在其大气化学-气溶胶模式中, 主要考虑了硫酸盐气溶胶、沙尘气溶胶和黑碳气溶胶及其辐射效应. 1.1 地表起沙量的计算 沙尘气溶胶从源地起沙是在一定的气象条件下发生的.在模式中当摩擦速度大于临界摩擦速度及地面风速大于6.5 m/s时, 才会发生起沙.起沙量使用Gillette的机制模型: 其中u*为模式计算的摩擦速度,ut*为临界摩擦速度, dx、dy为水平格距,soil为网格内起沙单位时间内的起沙量.C′为常数, 取 (1.4±0.1) *10-15g·s2·cm-6.其中地表类型所对应的临界摩擦速度见文献. 1.2 参数化扩散系数 这里C是沙尘浓度,V是格点上三维风速矢量,Ke是用于次网格湍流参数化的扩散系数