1985-2010年硫酸盐气溶胶对东亚夏季风的影响外文翻译资料

 2022-12-16 11:58:18

英语原文共 9 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

1985-2010年硫酸盐气溶胶对东亚夏季风的影响

Minjoong J. Kim1·Sang-Wook Yeh2· Rokjin J. Park1

（1国立首尔大学地球与环境科学学院，汉城 韩国·2汉阳大学海洋科学与收敛技术系，安山 韩国）

摘要 我们用CAM5大气模式来研究人为气溶胶强迫对东亚夏季风的影响。用一个控制试验和两个敏感性试验来探讨海平面气温变化和人为硫酸盐气溶胶强迫对东亚得影响作用。我们发现海平面气温的变化是东亚夏季风可观测到的减弱的一个主要驱动力，然而近几十年人为气溶胶强迫对东亚夏季风的影响在轻微的加剧。东亚夏季风的增强是由于人为气溶胶强迫导致的辐射冷却，这使急流在急流出口区减速。随之，急流区这样的的变化催生出次级环流导致18–23°N附近地区的降水增多。这一结果表明东亚地区人为排放增加对东亚夏季风由于海平面气温强迫而减弱发挥了补偿作用。

1 引言

季风在全球质量和热量交换中起着重要的作用[Trenberth et al., 2000]。特别是东亚季风系统是由亚洲大陆与太平洋之间的巨大热对比引起的全球强季风系统之一[Wang and Ding, 2006]。该系统包括亚热带和中纬度地区，其集中雨带绵延数千公里，涉及中国、日本、韩国及周边地区[Wang et al., 2001]。

以往研究表明东亚夏季风系统主要由海平面温度强迫影响，包括ENSO，西太平洋海表温度和周围海洋[Wang et al., 2004]。然而，最近的研究认为，增加气溶胶强迫也可以通过直接和间接影响的云和降水[Liu et al., 2009]改变东亚季风系统[Albrecht, 1989; Haywood and Boucher, 2000;Twomey, 1977]。亚洲的快速工业化在过去的半个世纪中已引起了气溶胶和气溶胶前期粒子排放量的急剧增加[Smith et al., 2011]。由于气溶胶浓度的提高，大气冷却并抑制季风环流；导致在过去的几十年里，亚洲季风强度减弱降水也随之减少[Kim et al., 2007;Bollasina et al., 2011; Cowan and Cai, 2011; Ganguly et al., 2012; Bollasina et al., 2014]。

最近的模拟研究使用更复杂的物理原理，气溶胶对东亚夏季风的影响得出了有争议的结论。Guo等[2013]表示由于季风季节气溶胶强迫，东亚夏季风强度有所减弱。尽管人为硫酸盐气溶胶在夏季增加，但在95%显著性水平下东亚季风强度并没有明显的改变。Jiang等人[2013]用CAM5模拟硫酸盐气溶胶在季风循环中的增强作用和南海、西太平洋环流的降水影响。Bollasina等人[2013]发现气溶胶可能导致能观察到的早期印度季风爆发，并使六月印度降水量总体增加。基于耦合模CMIP5结果，郭等人人为，气溶胶的间接效应可能与负降雨趋势相关，而直接辐射效应与季风降水的增加有关。Turner和Annamalai[2012]认为由于气溶胶的影响20世纪南亚降水不能用大气二氧化碳浓度和全球变暖来解释。因此，在未来气候中对季风的预测，气溶胶显然是一个主要的不确定性。

虽然以前的研究已经对理解气溶胶对东亚夏季风的影响作出了显著的贡献，但气溶胶强迫作用对东亚季风系统是加强还是减弱仍然值得商榷[Kuhlmann and Quaas, 2010]。本文，我们重新审视这个问题，使用扩展的观测资料和用真实的边界条件(气溶胶排放)改进的模型对东亚进行长时间的观测。

2 数据和方法

2.1 再分析资料及季风指数

我们使用的分析数据和气候模型模拟量化过去人为气溶胶强迫对东亚夏季风的强度变化趋势的贡献。在我们以下分析中所用到的数据集包括美国国家环境预报中心（NCEP）/能源部（DOE）再分析II（RA2）数据集[Kanamitsu et al., 2002]和1985–2010全球降水气候项目（GPCP）月降水数据集2.2版[Adler et al., 2003]。许多东亚夏季风指数基于大气变量，如气压，海陆温差、风场和降水，它们已被广泛用于量化季风区内季风的强度和变化[Wang et al.,2009]。在本研究中，我们运用由Li和Zeng[2002]以NCEP DOE RA2数据集（为观测值）的定义东亚夏季风指数[Nan and Li, 2003; Zhu et al., 2012]。东亚夏季风指数定义如下：

其中和是在点i的基准气候冬季风矢量和月季风矢量，并且气候平均风矢量。是气候夏季风矢量（北半球，、）。定义如下：

其中s是我们所研究的地区。根据Li和Zeng[2002]东亚夏季风指数定义区域是10–40°N 和110–140°E。东亚夏季风指数和中国夏季长江中下游降水变率（六月-七月-八月，JJA）之间呈明显的负相关，表明该流域干旱年和强EASM相关、洪涝年和弱EASM相关[Nan and Li, 2003]。

2.2 模型模拟

我们使用的是CLSM4的NCARCAM5模型进行模拟[Neale et al., 2012]。CAM5模型内部动力值水平分辨率为1.9°times;2.5°，垂直层有30层。在这项研究中，海洋和冰川模块没有完全耦合但通过海洋表面边界条件与大气连通，给出了海表面温度月中值及北极地区的海冰形态。海洋表面温度和海冰分布的时间序列数据由哈德利中心[Rayner et al., 2003]HadISST数据拼接和插值成相应的格点而成。气溶胶模式，采用的CAM5模态气溶胶模式第三模式版本（MAM3）[Liu et al., 2012]。

为了了解硫酸盐气溶胶在东亚中的作用，我们更新了CAM5中亚洲人为排放的SO2超过2000的亚洲地区 (60°E–158°E ，13°S–54°N)[Streets et al., 2003]。2000年亚洲排放的二氧化硫有18.9TgS/yr。我们采用Streets等人[2003]的亚洲地区1985 - 2010排放清单的年度规模因素的排放量[Ohara et al., 2007]，来影响模型中的年际变化。二氧化硫的排放量一直持续增加到2006，然后在东亚略有下降。2006的二氧化硫排放量比1985高84%。根据Liu等人[2012]一些地区的二氧化硫排放量是固定的，但在其他地区的气溶胶浓度可能不是恒定的，因为它可以从一个地区运输到别的地区。因为MAM3模块是云物理和辐射完全耦合的，CAM5代表近几十年来的气溶胶直接和间接的影响导致的亚洲硫酸盐气溶胶的变化[Neale et al., 2012]。

我们使用CAM5模型进行了三组实验。第一组用1985-2010历史海表面气温来显示东亚地区二氧化硫排放量的变化，这里称为控制试验。第二组采用没有二氧化硫排放量的历史海温，这被称作SST试验。最后，第三组包括随时间变化的二氧化硫排放量在东亚气候海表面温度，这被叫做二氧化硫试验。每个试验由四个集合成员平均值组成运行。在这次研究中，我们主要关注硫酸盐气溶胶对东亚夏季风的影响，因为在过去几十年里相比于其他气溶胶种类，如棕色和黑碳气溶胶，硫酸盐气溶胶在东亚的增加非常明显[Streets et al., 2003; Li et al., 2013]。

3 成果

我们首先对比比较了观测结果下和控制试验结果下1985-2010夏季（JJA）的平均降水和低层（850hPa）风分布（图1a和1b）。GPCP降水最大值位于在菲律宾和北马里亚纳群岛附近。第二降水峰值区位于华南，日本和韩国区域，这与东亚梅雨系统相联系[Wang et al., 2004]。另一方面，观察资料下低层风在亚洲南部和中国南方有明显的气旋性环流，伴随着从海洋到陆地西南气流，并在西北太平洋有一个反气旋环流。控制试验结果捕获到了观测资料下6-8月平均降水和低空风的特点。特别的是，该模型再现了从中国西南到朝鲜半岛的降水带。然而，在控制试验和观察结果下一些细节仍然存在相当大的差异（图1c），说明模型对降水的模拟效果并不太好，这很可能是由于我们对科学以及次网格尺度模拟过程的了解有限造成的。在控制试验中，模拟的总降水量和循环强度均小于观测值。此外，从中国西南部到朝鲜半岛的巨大降水带是小于观察值的，并且它的位置在控制试验中偏北（图1c）。这种模式的偏差也在大多数CMIP3和CMIP5模型组成者中被发现[Sperber et al., 2013]。尽管有这种差异，但与东亚夏季风指数有关的降水变化空间格局在控制试验中与观察值相比没有太大差异（见辅助资料中的图S1）。此外，观察和控制试验之间的平均降水结构的相关性为0.61通过95%显著性检验。值得注意的是，我们还发现控制试验中的每一个模式成员的空间相关系数都同集合平均下的相似（图S2和S1表）。此外，在SST试验和二氧化硫试验下的降水和风场也与控制试验下的结果相类似（图S3）。

图1 （a）夏季平均GPCP降水（阴影）和1985–2010在850 hPa NCEP DOE RA2模式中的风场（矢量）。（b）同图1a但是在CAM5中运行结果（控制试验）。（c）模拟结果与观测结果的差异。降水量单位mmd-1，风矢量单位ms-1。

为了了解东亚夏季风的变化，我们用观测数据、控制试验、SST试验，SO2试验结果计算了1985–2010东亚夏季风指数（图2a–2d）。与之前的许多研究类似，在观察资料下东亚夏季风的年际时间尺度的变化最显著[Shi and Zhu, 1996; Wang et al., 2008;Zhu et al., 2005]。此外，在观测中东亚夏季风指数有轻微的下降趋势（图2a）。在控制试验和SST试验下也发现EASM的这种减弱（图2b和2c）。这表明在控制试验和SST试验下对EASM的整体变化的模拟效果较好的。应注意的是，在控制试验和SST试验下EASM的下降趋势也都通过了95%置信水平的显著性检验。因此，东亚夏季风指数的观察值与在控制试验和SST试验中的对照值高度相关（见表1）。

图2 EASM指数在（a）NCEP DOE RA2（b）控制试验（c）SST试验（d）SO2 试验下的时间序列。

表格1 NCEP DOE RA2中EASM与其在控制运行、SST运行和SO2运行的无趋势相关系数

1985–2010东亚夏季风指数在SO2试验结果下是略有增加的趋势，但变化不显著（图2d）。这一结果与观察值和其他两种试验（控制试验和SST试验）相冲突，这导致了EASM指数的SO2试验和其它试验的相关系数很小（表1）。我们认为硫酸盐气溶胶与海表面温度不同，对EASM近几十年的加强有贡献。换句话说，近几十年EASM的减弱是由于海表面温度强迫造成的。这三种运行模式对EASM指数变化趋势的一个简单地比较也支持这个结论。也就是说，SST试验下EASM指数减弱的趋势（-0.04/年）比在控制试验下的（-0.03/年）要强一些，这是由于硫酸盐气溶胶的影响，它使得EASM在控制试验中增强了。因此硫酸盐气溶胶在东亚的增长使得EASM的减少趋势在SST试验结果下要强于控制试验结果下。应当指出的是，前三年过后观察到EASM的趋势变小（1988-2010是-0.002/yr），并且EASM各个成员趋势与总体平均趋势一致（表S2）。分析控制试验、SST试验和SO2试验在前三年过去后的变化趋势也相应的减少了（0.01/年、0.02/年和0.01/年）。尽管在观测和模拟中EASM都有减小的趋势变化，但是总体趋势不会改变，同前三年的结果一致。

通过对比SO2试验和SST试验下东亚夏季风的强度变化，我们发现在SST强迫和硫酸盐气溶胶强迫中起相反的作用。我们首先计算在SST试验中温度对EASM的响应（图3a）。温度在对流层上层明显的变暖（冷）在40°N以南（北）地区，这体现了对流层上部强季风的条件，这同以往的研究相一致[Yu et al., 2004]。如图3b所示，东亚地区经向温度梯度的强化导致急流的向北移动。随之，向北移动的急流带动东亚次级环流造成在东亚地区降水增加（图3c）。

图3 （a）SST试验下纬向平均温度对东亚夏季风指数响应（100°E–140°E）。（b）纬向平均风场对东亚夏季风指数响应（阴影-纬向风，向量-风；omega times;—30），实线表示平均纬向风（1985-2010，等高线间隔为5）。（c）降水对东亚夏季风指数响应，阴影表示通过95%的置信水平的区域。（d）纬向温度平均、（e）纬向平均风和（f）降水在SST运行下两个时期（2001-2010减1985-1994）的差值。单位分别是：k，ms-1，mmd-1，k，ms-1，mmd-1。

为了了解SST试验下近几十年来EASM为什么变弱了，我们在SST试验下检验了2001-2010与1985-1994（2001-2010减1985-1994）300hPa纬向风和温度的差异。发现从2001-2010年经向温度梯度减弱（图3d）。因此，从1985-1994到2001-2010西南急流向南移动，造成东亚地区降水减少（图3e）。结果表明EASM减弱主要由SST强迫导致。应该指出的是，在控制试验过程中发现类似的动力过程（未显示）。此外，在SO2试验下温度回归、风、降水同东亚夏季风指数的关系在附注信息中显示（图S4）。可以发现回归温度整体结构、风和降水同EASM指数的关系与SST试验结果相似

剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

资料编号：[30466]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word

原文和译文剩余内容已隐藏，您需要先支付 30元 才能查看原文和译文全部内容！立即支付

以上是毕业论文外文翻译，课题毕业论文、任务书、文献综述、开题报告、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。

您可能感兴趣的文章