中國東部城市下墊面變化和人為氣溶膠排放對東亞季風(fēng)影響的數(shù)值模擬本文使用美國NCAR大氣環(huán)流模式CommunityAtmosphereModel(CAM5.1)研究中國東部城市下墊面變化和人為氣溶膠排放對東亞季風(fēng)的影響,評估模式控制試驗(yàn)對東亞地區(qū)夏季和冬季氣溫、降水、環(huán)流氣候態(tài)的模擬情況,在此基礎(chǔ)上分別探討城市下墊面變化/人為氣溶膠造成的夏季和冬季氣溫、降水、地表能量平衡的改變,并深入分析東亞季風(fēng)變化的詳細(xì)物理機(jī)制。通過不同初值的集合試驗(yàn)以及不同海表溫度背景試驗(yàn)增強(qiáng)城市下墊面變化試驗(yàn)結(jié)果的可信度,并討論中國東部城市下墊面變化影響季風(fēng)的關(guān)鍵區(qū),得到的主要結(jié)論如下:(1)通過對比有無城市下墊面的試驗(yàn)結(jié)果研究城市下墊面變化對東亞夏季氣候的影響,模擬結(jié)果表明城市下墊面發(fā)展有利于中國夏季東部氣溫北增南減,降水呈現(xiàn)“南澇北旱”的差值分布。敏感性試驗(yàn)結(jié)果表明,中國東部城市群發(fā)展導(dǎo)致的拖曳作用減弱對流層低層的西南季風(fēng)氣流,南海輻合上升運(yùn)動(dòng)增強(qiáng),并伴隨著潛熱、云量、降水的增加以及對流層高層異常輻散,導(dǎo)致其北30°N和50°N出現(xiàn)下沉差值氣流,在云量減少、異常干絕熱加熱率增加以及南風(fēng)差值氣流的平流加熱作用共同影響下,中國北方對流層大氣出現(xiàn)中心位于蒙古的強(qiáng)大暖性高壓異常,東亞西風(fēng)急流減弱南移,東亞夏季風(fēng)減弱。(2)基于有無人為氣溶膠排放的試驗(yàn)結(jié)果研究人為氣溶膠排放對東亞夏季氣候的影響,模擬結(jié)果表明人為氣溶膠排放增加帶來中國東部地表和對流層氣溫降低,降水同樣呈現(xiàn)“南澇北旱”空間分布。對比人為氣溶膠的直接效應(yīng)和云物理過程對地表氣溫和短波輻射的影響,北方大氣主要受到氣溶膠直接輻射效應(yīng)影響,而南方大氣同時(shí)受到直接輻射效應(yīng)和大氣環(huán)流調(diào)整所引發(fā)的云量變化的影響,導(dǎo)致地表氣溫異常中心偏南。分析環(huán)流變化的物理機(jī)制發(fā)現(xiàn)氣溶膠輻射效應(yīng)引起中國東部氣溫降低,空氣在對流層低層堆積,中國東部海平面氣壓顯著上升,導(dǎo)致東亞夏季風(fēng)環(huán)流減弱。(3)利用有無城市下墊面的試驗(yàn)研究其對東亞冬季氣候的影響,模擬結(jié)果表明城市下墊面發(fā)展會引發(fā)中國東部廣大區(qū)域氣溫增加,同時(shí)中國東部降水顯著增加,而西部降水變化不明顯。分析城市下墊面變化影響冬季風(fēng)的物理機(jī)制,發(fā)現(xiàn)中國東部城市群發(fā)展造成的增暖導(dǎo)致中國東部大陸和南海的海陸熱力對比減小,青藏高原南部至中南半島的地表平流加熱率增加,青藏高原作為高空差值熱源通過異常暖平流加熱下游中國東部大氣,30N°附近對流層位勢高度增加,抑制北方冷空氣南下,冬季風(fēng)強(qiáng)度減弱。通過對比有無人為氣溶膠的試驗(yàn)研究其對東亞冬季氣候的影響,結(jié)果表明冬季中國東部絕大部分地區(qū)氣溫下降,而青藏高原南部和東部、蒙古高原氣溫上升明顯。華西和華南地區(qū)降水減少,而中國東部降水變化不明顯。分析人為氣溶膠影響冬季環(huán)流的物理機(jī)制,發(fā)現(xiàn)黑碳?xì)馊苣z沉降到青藏高原積雪上之后,會導(dǎo)致青藏高原氣溫明顯增加,配合對流層中層的差值環(huán)流形勢加熱下游大氣。中國東部850hPa以上對流層位勢高度增加,不利于北方冷空氣南下,東亞冬季風(fēng)減弱。(4)使用不同初值的集合試驗(yàn)和不同海表溫度背景試驗(yàn)研究中國東部城市下墊面變化對夏季風(fēng)影響試驗(yàn)的不確定性,發(fā)現(xiàn)兩組試驗(yàn)差值場同樣表現(xiàn)出長江以北大部分地區(qū)氣溫增加、降水“南澇北旱”的空間分布。這些結(jié)論可增強(qiáng)城市下墊面變化試驗(yàn)結(jié)果的可信度。研究中國東部城市下墊面變化影響夏季風(fēng)的關(guān)鍵區(qū),發(fā)現(xiàn)30-40°N關(guān)鍵區(qū)城市下墊面變