氣溶膠間接氣候效應的模擬研究
 

1 引言
 

      氣溶膠一云一輻射之間的相互作用既是氣候系統(tǒng)最不確定的因素之一，也是當前氣候研究中的難點問題。氣溶膠顆粒可以作為云凝結核或冰核改變云的微物理和輻射性質以及云的壽命，稱為氣溶膠的間接氣候效應（石廣玉等，2008）^[1]。氣溶膠的間接氣候效應通常分為兩類：第一類是指當云中的液態(tài)水含量不變時，氣溶膠粒子的增加會增加云滴數目，減小云滴的有效半徑，導致云的反照率增加，稱為云的反照率影響；第二類是指氣溶膠粒子增加所造成的云滴有效半徑的減小將減弱云的降水效率，增加云的壽命或云中的凝結水，使時間平均或區(qū)域平均的云反照率增加，稱為云的生命期影響。
 

      氣溶膠與云的微物理特性之間的聯(lián)系很早就被科學家們所發(fā)現。早期的觀測研究已經表 明，深林火災產生的濃煙導致云滴數濃度增加和云滴尺寸減小（Warner, et al.，1967；Eagan, at al.，1974）^[2,3]。近年來以觀測研究為基礎，氣溶膠間接氣候效應的研究已經取得了明顯的進步，特別是對低層層云的研究，已經建立了一套相對更簡單的云觀測系統(tǒng)。Nakajima等（2001）^[4]利用AVHRR衛(wèi)星觀測資料分析了海洋上氣溶膠柱含量和柱云滴數濃度之間的關系，結果表明二者之間存在正相關關系，且隨著云光學厚度的增加，低層暖云的反射比增加。Twohy等（2005）^[5]的研究指出在一些高污染區(qū)，云的液態(tài)水含量會減少，云的反射比也相應減小。趙春生等（2005）^[6]利用大氣氣溶膠和云分檔模式研究了海鹽氣溶膠和硫酸鹽氣溶膠在云微物理過程中的作用，結果表明硫酸鹽和海鹽都對云滴數濃度有影響。此外，氣溶膠也能影響混合相云中冰核的數濃度和大小（Lohmann，2004；Seifert, et al.，2006）^[7，8]。但目前，氣溶膠顆粒對高云的影響究竟有多大還沒有定論。由于觀測條件的限制，近年來利用全球氣候模式研究氣溶膠間接氣候效應成為了非常重要的工具。IPCC（2007）^[9]總結不同模式得出的人為氣溶膠的云反照率影響的輻射強迫的范圍為-0.22到-1.85 W/m²；云生命期影響造成的輻射通量的變化范圍為-0.3到-1.4 W/m²。目前，氣溶膠的間接氣后效應還存在很大的不確定性，有必要給予進一步的研究。
 

      本文利用中國氣象局國家氣候中心的大氣環(huán)流模式BCC_AGCM2.0.1研究了氣溶膠的間接效應對氣候的影響。文章第二部分介紹了模式的基本情況和氣溶膠—云相互作用的參數化方案以及實驗設計；第三部分討論了氣溶膠各種間接效應對氣候的影響；第四部分給出了文章的結論。

 

2 模式描述和方法
 

2.1 模式基本情況
 

      中國氣象局國家氣候中心的大氣環(huán)流模式BCC_AGCM2.0.1以NCAR的集合大氣模式CAM3為基礎發(fā)展，對氣候態(tài)具有非常好的模擬性能（BCC_AGCM2.0.1的介紹、改進及模擬效果請參考文獻Wu, et al.，2008a，2008b）^[10，11]。該模式采用42波三角截斷的水平方案（T42，近似于2.8^ox2.8^o），垂直方向采用混合σ-壓力坐標系，共26層，最頂層為2.9 hPa。輻射參數化方案為19光譜波段的二流δ-Eddington近似（Briegleb，1992）^[12]。水云的輻射計算采用了Slingo（1989）^[13]的參數化方案。模式使用1971-2000年NCEP再分析的月平均氣候態(tài)資料作為初始場，各種氣溶膠的質量濃度由大氣化學傳輸模式MATCH和氣溶膠光學厚度的衛(wèi)星反演組成的氣溶膠同化系統(tǒng)產生（Collins, et al.，2001）^[14]。