近22 a人为气溶胶对东亚地区夏季风环流影响的数值模拟研究

陈明诚,孙照渤,沈新勇,王勇,吉振明

(1.南京信息工程大学 气象灾害教育部重点实验室,江苏 南京 210044;2.中国科学院 大气物理研究所云降水物理与强风暴重点实验室,北京 100029;3.中国科学院 青藏高原研究所 青藏高原环境变化与地表过程重点实验室,北京 100085)

近22a人为气溶胶对东亚地区夏季风环流影响的数值模拟研究

陈明诚1,2,孙照渤1,沈新勇1,2,王勇1,吉振明3

(1.南京信息工程大学 气象灾害教育部重点实验室,江苏 南京 210044;2.中国科学院 大气物理研究所云降水物理与强风暴重点实验室,北京 100029;3.中国科学院 青藏高原研究所 青藏高原环境变化与地表过程重点实验室,北京 100085)

运用区域气候模式RegCM3耦合入一个化学过程,对东亚地区三类人为排放气溶胶(硫酸盐、黑碳和有机碳)的时空分布特征及其对夏季风环流的影响进行了数值模拟研究。模拟结果显示,气溶胶的引入会引起东亚地区夏季850 hPa风场发生改变,我国江淮以东洋面上空出现了一个气旋式距平环流中心,中心以西的偏北风气流将削弱东亚地区夏季西南季风。通过讨论春季中国地区气溶胶浓度与夏季东亚地区850 hPa经向风的时滞关系，以及夏季中国地区气溶胶浓度与同期东亚地区850 hPa经向风的关系,可以发现,春、夏季中国地区气溶胶浓度均与夏季东亚地区850 hPa经向风有很好的负相关关系,当春季中国北方和夏季中国南方地区气溶胶浓度增加时,中国东部地区夏季偏南季风减弱。这可能与气溶胶改变了大气层顶和地表的辐射强迫,进而引起了海陆气压差异和位势高度场的变化有关。

人为气溶胶;东亚夏季风;季风环流;数值模拟;相关分析

0 引言

我国地处东亚季风区,由于东亚季风的年际和年代际变化较大,因此夏季旱涝和冬季寒潮等重大气候灾害在我国发生频繁,所造成的经济损失和人员伤亡往往也十分严重,而这些严重的气候灾害与东亚季风系统的异常变化间有着密切的联系。黄荣辉等(2003)在研究了我国主要的气候灾害时空分布特征后指出,近20余年来华北地区春、夏季极易发生干旱,长江流域及华南地区洪涝灾害频发。韩晋平和王会军(2007)利用ERA和NCEP/NCAR再分析资料以及部分观测资料研究后同样发现,东亚夏季风在20世纪80年代以来减弱这一现象普遍存在,主要表现为中国东部地区出现偏北风异常。相关研究表明,近20 a来工业化、城市化等人类活动发展迅速的亚洲地区正逐渐成为气溶胶排放的高值区(Hansen et al.,1998;沈志宝和魏丽,1999;王喜红等,2002;Chung et al.,2002;陈丽和银燕,2008;钟昌琴等,2008)。由于气溶胶在改变大气及地表能量平衡的同时影响到云微物理过程,并进而对东亚季风气候系统产生重要影响,而气溶胶与东亚季风系统间的相互作用依然具有很大的未知性,因此更好地理解两者间的相互关系具有很大的科学和社会利益。

大气中的气溶胶组成成分比较复杂,但大量研究表明硫酸盐、黑碳和有机碳这三类人为排放气溶胶对亚洲季风系统正起着越来越重要的影响作用(孙家仁和刘煜,2008a,2008b;王志立等,2009;吉振明等,2010)。关于亚洲季风异常变化与气溶胶的相互作用,国内外学者通过外场观察和数值模拟方法已进行了一系列的研究并取得许多具有应用价值的结论:Massimo et al.(2008)对南亚地区夏季风演变与气溶胶的大尺度不规则分布研究中揭示了南亚夏季风的增强与季风爆发前期气溶胶的大规模分布间存在着时空响应关系。Leon and Ulrike(2002)在研究了热带降水与气溶胶的间接影响作用后指出气溶胶分布的时空变化可对大气低层纬向环流及降水产生实质性的影响。Xu(2001)认为从20世纪90年代末中国夏季连续出现的“南涝北旱”现象是由于人为排放硫化物气溶胶的辐射影响下引起的雨带南移造成的。在气溶胶对东亚夏季风环流的影响方面。王志立等(2009)通过模拟南亚地区黑碳气溶胶对亚洲夏季风气候效应的影响时发现南亚地区黑碳气溶胶减弱了东亚夏季风。孙家仁和刘煜(2008a,2008b)利用新一代GCM CAM3.0模式离线耦合一个气溶胶同化系统分别模拟了中国区域内硫酸盐气溶胶和黑碳气溶胶对东亚季风的可能影响后进一步指出,要综合考虑印度半岛及其周边地区与中国区域气溶胶对东亚夏季风强度的影响作用。吉振明等(2010)使用区域气候模式RegCM3,通过长时间连续积分模拟了亚洲地区主要气溶胶的时空分布,结果表明模式能够较好地模拟中国地区气温和降水的分布,对该地区气溶胶空间分布也具有一定的模拟能力。同时,研究还发现气溶胶对地面气温和降水有着重要的影响作用。

相关研究表明,在模拟东亚季风气候时应选取具有高分辨率的区域气候模式(高学杰等,2006;Zhou and Yu,2006;Gao et al.,2008;吉振明等,2010)。本次试验中,使用耦合入化学过程的区域气候模式RegCM3,在引入三类主要人为排放气溶胶(硫酸盐、黑碳和有机碳)后,对亚洲地区季风环流系统进行长时间的模拟,模拟结果显示了三类气溶胶各自的输送特征及综合影响下的辐射强迫效果。最后,在前人的基础之上,运用相关性分析和合成差值检验等统计学方法,对中国地区不同区域人为气溶胶排放量与东亚夏季风环流间的相关关系进行分析研究,以期望找出气溶胶对东亚夏季风的可能影响,并得出前期及同期的预报信号。

1 模拟试验方案

使用的模型为意大利国际理论物理中心区域气候模式RegCM3(Pal et al.,2007),该模式耦合了Solmon et al.(2006)在Qian et al.(2001)方案基础上发展出的气溶胶化学过程,对气溶胶在大气中的传输过程进行了更精确的模拟。计算气溶胶辐射效应时,采用Kiehl et al.(1996)的计算方法,对模式划分出的19个波段(0.2～5.0 μm)分别给予不同的光学特性,以期得到更为全面的结果。

为方便于分析人为气溶胶对东亚地区夏季风环流的综合影响效果,本次模拟运算中共设计两套试验方案:不包含气溶胶的控制试验(CON)和包含了三类人为排放气溶胶(硫酸盐、黑碳和有机碳)的敏感性试验(SEN)。在控制性试验中,模式的初始场以及侧边界场由NCAR/NCEP再分析数据驱动,海温采用NOAA提供的OISST资料(Reynolds et al.,2002)。为考虑模拟区域包含中国、中南半岛、印度半岛及其周边的亚洲大部分地区,将模拟区域中心点取为(99.0°E,32.0°N),东西向和南北向格点数分别为192×160,水平分辨率取为50 km。在敏感性试验中,在前者的基础之上引入了三类人为排放气溶胶,用于突出气溶胶的气候效应,气溶胶模拟所采用的排放清单为日本全球变化前沿研究中心制作的REAS资料(Ohara et al.,2007),该排放清单分辨率为0.5°×0.5°。模拟过程中参数化方案的选择可参阅吉振明等(2010)的研究成果。

图1 亚洲地区夏季平均200 hPa纬向风场(a、b)和850 hPa水平风场(c、d)的观测(a、c)与模拟(b、d)结果(单位:m/s)Fig.1 (a,c)Observed and (b,d)simulated summer mean (a,b)200 hPa zonal wind field and (c,d)850 hPa horizontal wind field over Asia(units:m/s)

两套模拟试验积分时间均自1987年1月1日起至2009年12月31日止,其中1987年的模拟结果作为模拟初始化阶段不予分析,选取其后的22 a作为分析时段,并将敏感性试验与控制性试验结果之差(SEN-CON)作为三类人为气溶胶的综合气候效应进行讨论分析。

2 模拟结果分析

2.1 模拟性能检验

在对模拟结果进行分析之前,首先对模式的模拟效果进行检验,将控制性试验的结果与NCEP再分析结果做对比分析。图1分别给出了亚洲地区夏季22 a平均200 hPa纬向风场及850 hPa水平风场的模拟和检验,通过对比可以看出,夏季亚洲200 hPa上中高纬地区以偏西风气流为主,低纬地区则转为偏东风气流,纬向风速零值线约位于25°N附近(图1a、b)。在夏季对流层中低层850 hPa水平风场中(图1c、d),南亚地区盛行较强的偏西气流,夏季风槽区位于印度半岛东侧,东亚地区则以偏西南气流的经向北上为主。总体而言,模式模拟结果与再分析资料基本保持一致,能够模拟出亚洲夏季风区的基本气候特征。

2.2 气溶胶的传输机制

近22 a来,亚洲地区作为气溶胶排放量增长速度最快的地区之一,其空间分布的差异对区域大气环流的改变起着十分重要的作用。为了了解模式在东亚夏季风爆发前期(春季)及爆发过程中(夏季)对气溶胶分布状况和水平风场影响下其输送特征的模拟效果,分别对春、夏季亚洲地区三类气溶胶的柱浓度含量分布特征进行了模拟研究。

图2 春季(a、c、e)、夏季(b、d、f)气溶胶平均柱浓度含量(阴影;单位:mg/m2)及850 hPa水平风场(箭矢;单位:m/s) a,b.硫酸盐;c,d.黑碳;e,f.有机碳Fig.2 The (a,c,e)spring and (b,d,f)summer aerosol mean column burden(shaded areas;units:mg/m2) and 850 hPa wind field (arrows;units:m/s) a,b.sulfate;c,d.black carbon;e,f.organic carbon

春季,三类人为排放气溶胶(硫酸盐、黑碳和有机碳)的分布情况与REAS资料(Ohara et al.,2007)给出的结果基本保持一致(图略),印度半岛地区的气溶胶柱浓度含量中心区出现在东部沿海地区,而在东亚地区气溶胶的浓度高值区主要位于我国的南方和四川盆地地区(图2a、c、e)。结合亚洲地区春季850 hPa风场可以看出,东亚地区西太副高脊线呈东北—西南走向(图略),高压脊南侧的低纬地区有较强劲的偏东气流自海洋吹向大陆,这支偏东气流在经过南海上空时分为两支:一支于副高西侧转为偏南气流北上进入我国;另一支继续向西前进,在孟加拉湾海域北上,同印度半岛地区的偏西气流合并为西南气流,经中南半岛进入我国。两支偏南气流于我国南方地区汇合北上,至长江流域与来自高纬的偏北气流相遇,转为向东传播。在这样的大气环流背景下,推测印度半岛东部地区的浓度中心主要为半岛中北部工业排放区大量排放人为气溶胶和偏西气流输送共同导致的结果,而我国南方地区由于自身气溶胶排放量较高,来自低纬的偏南气流输送则有可能进一步促进该地区气溶胶的堆积。四川盆地地区由于高山、丘陵等地形较多,在地形的辐合作用影响下污染物不易扩散,西南气流输送而来的气溶胶易于在此沉积,从而形成了东亚地区另一个气溶胶含量的高值中心。综合来看,较高的气溶胶排放量和区域的辐合作用(包括地形作用和风场自身的辐合辐散效果)是形成春季亚洲地区人为气溶胶浓度高值区的两个主要原因。

到了夏季,三类人为气溶胶的空间分布特征与春季有所不同。中国东部、中南半岛以及印度半岛的北部地区均有分布,高浓度中心区域出现在四川盆地、中国北方地区以及青藏高原南侧、印度北部的狭长地带(图2b、d、f)。对比春季的气溶胶分布情况发现,在东亚地区气溶胶有明显的向北输送的特征,我国长江以北的华北大部分地区出现了与四川盆地地区同量级的高值中心,在气溶胶区域排放量季节性变化较小时,这种空间分布的季节性差异有可能由夏季风盛行风向的变化所导致。在夏季850 hPa风场中,东亚夏季风建立,低层以西南气流的经向北上为主。自南向北的偏南风气流伴随着大量的气溶胶向北输送,因此夏季中国北方地区气溶胶柱浓度含量较春季有了显著地升高。

2.3 气溶胶对东亚地区夏季风的影响

大气中气溶胶浓度变化所引起的地气系统能量平衡间产生的扰动称之为“辐射强迫”。不同种类气溶胶粒子由于自身光学特性的不同,对地气系统产生的辐射强迫效应也会有所不同,硫酸盐气溶胶以散射和反射大气长波辐射及太阳短波辐射为主,到达地面的太阳辐射减弱,因此对整层及地表均产生负辐射强迫,从而起到增加大气静力稳定度,稳定大气层结的效果,而黑碳气溶胶在反射的同时也会吸收一部分太阳辐射,对大气起到加热作用。实际情况中的气溶胶辐射强迫作用往往十分复杂,综合考虑其混合后所产生的总辐射性质或许能够得到更真实的结果(孙家仁和刘煜,2008a,2008b)。图3给出了模式模拟的春、夏季综合了三类气溶胶后在大气层顶及地表的短波辐射强迫分布情况,可以看出,综合考虑了三类人为排放气溶胶之后的辐射效应均为负值,春季大气层顶负辐射效应的中心位于四川盆地地区,整个负辐射效应区覆盖了我国东部沿海地区,对应的地表负辐射效应区范围更广,向北可延伸至朝鲜半岛、日本等地,向南则扩展到整个亚洲的低纬地区,在孟加拉湾地区出现了负辐射强迫中心,中心强度-20 W/m2以上。夏季的短波辐射强迫效果在大气层顶及地表较春季更为明显,我国的华北和渤海地区强度有明显的增强,江淮地区出现了第二个极值中心,中心最大强度与四川盆地地区相同,可达-30 W/m2以上。

气溶胶的间接气候效应相较于直接效应更为复杂,由于气溶胶粒子可以通过凝结核作用,在云形成过程中参与到云的生成、演化、消散过程中每一环节,使得空气中颗粒浓度增加,云滴半径减小,改变云滴的云微物理结构和光学特性,达到调整空气中液态水含量及云层厚度的效果,并最终影响到云的生命期和降水率,因此气溶胶的间接效应充满着不确定性,本次试验中只考虑气溶胶的直接气候效应。

气溶胶的辐射强迫效应将引起自地表至高层中大气运动的变化,为此对气溶胶引起的地表气压及大气中位势高度场变化进行分析。图4a、b分别给出了春、夏季东亚地区敏感性试验与控制实验结果中地表气压之差,即气溶胶对地表气压的影响效果,结果显示:中国东部沿海地区地表气压普遍降低,夏季降压趋势更加显著,华北和华南地区为降压中心区,最大降压可达0.6 hPa。因此,海陆气压差异将有所减小,气溶胶对东亚夏季风会起到一定的削弱作用。

图3 春季(a、c)和夏季(b、d)模拟的大气层顶(a、b)及地面(c、d)平均短波辐射强迫(单位:W/m2)Fig.3 Simulated (a,c)spring and (b,d)summer mean short wave radiative forcing on (a,b)the top of atmosphere and (c,d)the surface(units:W/m2)

高空中,位势高度场的变化与地表气压变化间有着很好的对应关系。图4c、d、e、f分别给出了春、夏季850 hPa和500 hPa位势高度场的变化情况,春季我国北方至日本上空为正位势高度距平,中心位于朝鲜半岛上空,500 hPa上最大正位势高度距平为1.5 gpm,同时发现,在(130°E,50°N)地区以北出现了负位势高度距平中心,结合春季大气环流形势(图2a),这种南北向位势高度距平分布将加强高纬地区对流层中的西风气流,偏强的欧亚西风将阻碍夏季中国南方西南气流北上,从而造成东亚夏季风偏弱。夏季,朝鲜半岛上空的中心转变为负位势高度距平,并且中心略有南移至长江出海口外,中心最大值超过了-2.5 gpm,这个负距平区域覆盖了我国东南沿海地区,同时在(110°E,25°N)附近有一正位势高度中心生成,中心最大值达到了1.5 gpm。

在夏季850 hPa风场(图1d)上,亚洲低纬地区盛行西风,经过印度半岛,孟加拉湾和中南半岛后,在南海北部地区与越赤道气流汇合转为由南向北运动。因此,夏季我国东部地区以经向气流为主,在平坦的下垫面条件下盛行西南季风。将敏感性试验得到的结果减去控制性试验的结果作为三类人为排放气溶胶所引起的气候效应(SEN-CON)。注意到在气溶胶影响下(图5),在我国东部江淮以东洋面上空出现了一个气旋式距平环流,该环流中心位于长江出海口外,在环流中心西侧偏北气流的影响下,我国东部地区夏季风被削弱,出现了较为明显的偏北风距平,气旋式环流南部的偏西气流使得我国南方地区的西南气流中西风增强,因此西太副高位置在气溶胶的影响下可能较为偏南。张庆云等(2003)在研究了东亚夏季风指数的年际变化与东亚大气环流的关系时曾经指出,夏季西太副高位置偏南时,东亚地区热带季风槽低压环流减弱,梅雨锋低压环流加强,在850 hPa距平风场上30°N以北地区会出现气旋性距平环流(图略)。该气旋性距平环流与图5中的结果较为相近,因此认为气溶胶的影响效果有可能导致夏季东亚地区西太副高位置的南移,并对夏季风环流起到一定的削弱作用。

大气气压场的改变直接导致风场的变化。东亚地区,尤其是中纬度地区所呈现出的西部偏高(110°E以西地区为正距平),东部偏低(中国东部及沿海区域为负距平)态势会加强我国江淮以东洋面上气旋式距平环流中心南侧的西风气流(图5),促进了该气旋式环流的发展,并使得西太副高位置南移,阻碍了夏季西南季风的向北推进。同时,气旋式距平环流西侧的偏北气流将进一步削弱我国东部地区的夏季偏南季风。

图4 春季(a、c、e)和夏季(b、d、f)气溶胶对地表气压(a、b;单位:hPa)、850 hPa位势高度(c、d;单位:gpm)和500 hPa位势高度(e、f;单位:gpm)影响的模拟Fig.4 The simulated (a,c,e)spring and (b,d,f)summer aerosol effects on (a,b)surface pressure(units:hPa),(c,d)850 hPa potential height and (e,f)500 hPa potential height(units:gpm)

图5 气溶胶对东亚地区夏季850 hPa风场的影响(单位:m/s)Fig.5 Aerosol effect on summer 850 hPa wind field in East Asia(units:m/s)

2.4 中国地区人为气溶胶排放与东亚夏季风的关系

为便于分析气溶胶对东亚地区夏季风的可能影响,找出前期及同期的预报信号,将中国境内气溶胶排放源较为集中的地区划分为三个子区域(吉振明等,2010),分别为:中国北方地区(109.3～124.3°E,33.4～42.4°N)、中国南方地区(109.3～124.3°E,21.5～33.4°N)和四川盆地地区(105.5～109.3°E,27.7～32.6°N,)。在分别对1988—2009年春季三个子区域气溶胶柱浓度含量做标准化时间序列(图略)后,发现它们均有比较明显的年代际变化,在20世纪80年代末至90年代中期,气溶胶的柱浓度含量相对偏低,而从90年代末至今的10 a里有明显的增加。

图6 春季中国北方地区气溶胶柱浓度含量区域平均值与东亚地区夏季850 hPa经向风的相关分布(a)以及春季中国北方地区气溶胶柱浓度含量高、低值年的东亚夏季850 hPa经向风合成差值分布(b；单位:m/s;阴影表示通过0.05信度的显著性检验)Fig.6 (a)The correlation coefficients between the spring column burden averaged in North China and summer 850 hPa meridional wind in East Asia;(b)The composite difference of East Asia summer 850 hPa meridional wind in years with aerosol column burden at high and low values in North China in spring(units:m/s;the shaded areas denote the significance at 95% confidence level)

分别计算了春季三个子区域气溶胶柱浓度含量与敏感性试验中东亚地区夏季850 hPa经向风分量v的相关系数后看出,中国中东部地区均为相关系数负值区,其中中国北方地区气溶胶含量与偏南风的相关性最为显著,25°N以北的中国大陆地区为负相关区,相关系数高值区位于25～35°N间的中国中东部地区,中心值超过了-0.6,通过了0.05信度的显著性检验(图6a)。因此,当春季我国北方地区气溶胶排放量偏高时,当年夏季我国中东部地区夏季风被削弱;反之,当气溶胶的柱浓度含量偏低时,夏季850 hPa偏南风将偏强。在合成差值t检验中,将中国北方地区气溶胶柱浓度含量区域平均值大于0.5的年份定义为气溶胶排放量高值年;将小于-0.5的年份定义为排放量低值年(图7),据此得到6个高值年(1997、1998、2000、2002、2008、2009年)和6个低值年(1989、1992、1994、1995、2001、2004年),对相应的夏季850 hPa经向风场进行了正、负位相年的合成分析后,结果显示:春季,合成差值t检验的结果与相关系数的分布形势较为一致(图6b),我国中纬度地区夏季经向风明显减小,表明在春季我国北方地区气溶胶排放量不断增大的年际变化背景下,东亚夏季风环流在逐渐削弱。

夏季,气溶胶柱浓度含量的年代际变化有着与春季相似的特征,三个子区域气溶胶排放量依然体现出逐渐增长的趋势(图略)。相关性研究表明东亚大陆地区为负相关区,中国南方地区气溶胶柱浓度含量与其相关效果最明显,如图8a所示,相关性分析表明负相关系数高值区出现在长江中下游地区,中心值也在-0.6以上,且强度较春季更大,这表明当夏季我国东部地区850 hPa经向风偏大时,南方地区气溶胶浓度偏低,而当夏季中国南方地区气溶胶排放量增加,气溶胶柱浓度含量升高时,东亚夏季风就会被削弱。夏季中国南方地区气溶胶柱浓度含量(图9)高、低值年统计如下:高值年份为1996、1998、1999、2000、2001、2002、2005、2008年,共8 a;低值年份为1988、1989、1990、1991、1992、1994、1995、2006年,同样为8 a,同期的差值t检验的结果更进一步证明了上述结论(图8b)。

图7 1988—2009年春季中国北方地区气溶胶柱浓度含量区域平均值的逐年变化Fig.7 Interannual variations of spring column burden averaged in North China during 1988—2009

图8 夏季中国南方地区气溶胶柱浓度含量区域平均值与东亚地区夏季850 hPa经向风的相关分布(a)以及夏季中国南方地区气溶胶柱浓度含量高、低值年的东亚地区夏季850 hPa经向风合成差值分布(b;单位:m/s;阴影表示通过0.05信度的显著性检验)Fig.8 (a)The correlation coefficients between the summer column burden averaged in South China and summer 850 hPa meridional wind in East Asia;(b)The composite difference of East Asia summer 850 hPa meridional wind in years with aerosol column burden at high and low values in South China in summer(units:m/s;the shaded areas denote the significance at 95% confidence level)

图9 1988—2009年夏季中国南方地区气溶胶柱浓度含量区域平均值的逐年变化Fig.9 Interannual variations of summer column burden averaged in South China during 1988—2009

3 结论和讨论

1)东亚地区春季气溶胶主要分布在中国南方和四川盆地地区,夏季由于低层以西南气流的经向北上为主,气溶胶向北输送,因此在华北地区出现高值中心,而四川盆地地区由于地形作用也使得其成为气溶胶的主要沉积区。

2)春、夏季气溶胶在大气层顶及地表的短波辐射强迫分布情况与气溶胶浓度间保持了较好的一致性,综合考虑了三类人为排放气溶胶之后我国东部地区均以负辐射强迫效应为主,夏季效果更为显著,辐射强迫中心区域位于我国四川盆地及江淮流域地区。模式在引入气溶胶的影响作用后,在我国江淮地区以东洋面上空出现了一个气旋式距平环流中心,该中心位于长江出海口外,其西侧偏北气流的影响将会有效地削弱我国东部地区夏季西南季风。这可能与气溶胶减小了海陆气压差异,并引起夏季大气位势高度场“西高东低”的变化态势有关,这种变化会进一步加强我国江淮以东洋面上的气旋式环流,迫使西太副高位置南移,削弱东亚夏季风。

3)相关性分析及合成差值检验结果表明,中国东部地区夏季850 hPa经向风与春季中国北方及夏季中国南方地区气溶胶浓度间相关显著,当气溶胶浓度增加时,中国东部地区夏季偏南季风减弱。

需要提出的是,由于气溶胶及其气候效应,尤其是气溶胶的间接效应十分复杂,充满着不确定性,这加大了对气溶胶气候效应模拟的难度。本次试验仅仅考虑了气溶胶的直接气候效应,这无疑是不全面的。同时,不同气候模式参数化方案间的差异以及不同气溶胶排放源数据间的差别也是很大的,因此,在今后的研究过程中需要进一步对不同参数化方案下,不同源强数据驱动下的模拟结果进行对比分析,以期对气溶胶的气候效应获得更深刻的认识。

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(责任编辑：张福颖)

Simulationofanthropogenicaerosols’effectonEastAsiansummermonsooninrecent22years

CHEN Ming-cheng1,2,SUN Zhao-bo1,SHEN Xin-yong1,2,WANG Yong1,JI Zhen-ming3

(1.Key Laboratory of Meteorological Disaster of Ministry of Education,Nanjing University of Information Science and Technology,Nanjing 210044,China;2.Key Laboratory of Cloud-Precipitation Physics and Sever Storms,Institute of Atmospheric Physics,Chinese Academy of Sciences,Beijing 100029,China;3.Institute of Tibetan Plateau Research,Key Laboratory of Tibetan Environment Changes and Land Surface Processes,Chinese Academy of Sciences,Beijing 100085,China)

The anthropogenic aerosols(sulfate,black carbon and organic carbon) and their effects on the East Asian summer monsoon have been simulated by using a regional climate model RegCM3 coupled with a chemistry aerosol model.Results show that aerosol can change summer 850 hPa wind over East Asia.A cyclonic anomaly circulation center appears on the estuary of the Yangtze River and the northerly air flow on its west will weaken the summer southwestly monsoon in East Asian.Investigation has been conducted on the relationship between spring and summer aerosol column burden over China and summer 850 hPa meridional wind in East Asia.Evidence shows that the aerosol column burden in both spring and summer bears a close negative correlation with summer 850 hPa meridional wind in East Asia.The summer southerly monsoon in East China weakens when the spring aerosol column burden over North China or the summer aerosol column burden over South China increases.The reasons may be the short wave radiative forcing caused by aerosol effects on the top of the atmosphere and the surface,which leads to the change of air pressure and potential height between sea and land.

anthropogenic aerosol;East Asian summer monsoon;monsoon circulation;numerical simulation;correlation analysis

2012-01-05；改回日期2012-04-26

国家重点基础研究发展计划(973计划)项目(2011CB403405;2013CB430103);国家自然科学基金资助项目(41375058;41175065);江苏高等学校优秀科技创新团队计划项目(PIT2012)

沈新勇,博士,教授,研究方向为中尺度气象学及气溶胶的气候效应,shenxy@nuist.edu.cn.

10.13878/j.cnki.dqkxxb.20120105005.

1674-7097(2014)04-0395-10

P401

A

10.13878/j.cnki.dqkxxb.20120105005

陈明诚,孙照渤,沈新勇，等.2014.近22 a人为气溶胶对东亚地区夏季风环流影响的数值模拟研究[J].大气科学学报,37(4):395-404.

Chen Ming-cheng,Sun Zhao-bo,Shen Xin-yong,et al.2014.Simulation of anthropogenic aerosols’ effect on East Asian summer monsoon in recent 22 years[J].Trans Atmos Sci,37(4):395-404.(in Chinese)