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《第七次全国动力气象学术会议论文摘要》2009年
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21世纪平流层气候变化和臭氧恢复

胡永云  夏炎  
【摘要】:平流层气候变化是全球气候变化的一个重要组成部分。在全球气候变化条件下,平流层气候和臭氧层如何变化,这些变化又将如何影响对流层气候变化是目前大气科学领域的一个热点问题。两个因素将对21世纪平流层气候变化产生重要作用。一个是温室气体增加,另一个是平流层臭氧的可能恢复。温室气体增加的辐射效应将造成平流层变冷,而臭氧层恢复的辐射效应则将导致平流层变暖。在这两种相反因素作用下,平流层温度如何变化?平流层臭氧何时能够恢复到1979年之前的水平?这些是我们关心的主要问题。使用卫星观测的臭氧资料和再分析资料中的温度场、我们对近10年的温度和臭氧变化趋势进行了分析。结果发现平流层下层温度和臭氧柱含量均有上升趋势。在1998-2007年这10年里,全球平均臭氧柱含量升高了大约5 DU,50 hPa全球平均温度升高0.2K。使用IPCC-AR4海气耦合GCM、化学-气候耦合模式(Chemistry-Climate Model,CCM)模拟结果,我们对21世纪的平流层温度和臭氧变化趋势进行了分析。结果表明,平流层低层温度在21世纪有升高的趋势,平流层中高层温度仍然延续20世纪后二十的变冷的趋势。平流层上下层温度相反的变化趋向由于两种相反的辐射效应造成:臭氧层恢复的辐射效应则将导致平流层变暖,而温室气体增加的辐射效应将造成平流层变冷。因为臭氧层主要位于平流层中下层,所以,臭氧恢复的变暖效应主要在平流层下层。温室气体的冷却效应主要在平流层上层,因此,平流层中上层变冷。模拟结果还表明,在21世纪随着平流层等价有效氯含量(包括Cl和Br)的下降低,平流层中低纬度臭氧有可能在2050年恢复到1979年之前的水平,两极臭氧的恢复稍慢一些,大约在2070年恢复到1979年以前的水平。除了有效氯含量的降低,温室气体的冷却效应也有助于臭氧层的恢复。因为温室气体的冷却效应舍得平流层中上层温度降低,气体分析运动速度降低,臭氧损耗的化学反应速度降低,在臭氧生成的速度不变的情况下,平流层(尤其是中上层)臭氧将增加。平流层气候变化和臭氧恢复有可能对对流层气候产生重要影响。臭氧层恢复(尤其是平流层极地臭氧恢复)是的平流层极区温度升高,两个半球的环状模将朝着负趋向发展,这一变化趋势与20世纪70-90年代的变化趋势相反。环状模的负趋向意味着中高纬度西风减弱,波动加强,南北热量交换加强。另外,模拟结果表明,在考虑平流层臭氧恢复的情况下,对流层上层的变暖趋势更强,在21世纪对流层上层温度比没有考虑臭氧恢复要高出1K。
【作者单位】:北京大学物理学院大气科学系
【分类号】:P467

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