文摘
当地气候的影响青藏高原臭氧谷(OVTP)进行了数值模拟使用社区大气模型版本5.1.1 (CAM5)。经过20年的向上,两个额外的10年的实验。CAM5是由月平均气候臭氧控制实验(CE)和OVTP敏感性实验(SE)从5月到9月。OVTP切除后,南亚高(SAH)变得更加健壮和冷从6月到8月,尤其是在6月。SAH的增强的原因是切除OVTP增加臭氧在200 - 30 hPa导致显著增强的长波和短波辐射加热率在SAH地区6月,然后增强水平散度辐射导致的气候变暖会导致加强SAH受到科里奥利力的影响,而冷SAH主要是由动态过程引起的。绝热膨胀和提升运动主要带来温度降低在SAH后OVTP去除,但相关的热力学过程辐射加热补偿冷却反应的一部分。
1。介绍
臭氧层是地球伞保护和平流层的主要热源,因为吸收相当大的太阳紫外辐射(1]。因此,臭氧损耗可以打破生态系统(2和改变气候3- - - - - -6]。
然而,莫利纳和罗兰7)发现氯氟化碳臭氧层变薄,因此臭氧损耗吸引了太多的关注。伟大的臭氧损耗被发现在南极8和在北极9]。此外,臭氧损耗不仅两极附近发现而且还发现在中纬度地区。臭氧谷在青藏高原(OVTP)夏天半年总臭氧映射光谱仪(汤姆斯)卫星数据被周发现et al。10,11邹[]和确认12]。然后扁et al。13报道一个臭氧低在冬季青藏高原(TP)的数据集。此外,郭et al。14]发现另一个臭氧损耗中心附近10 hPa在青藏高原的第二个版本平流层气溶胶和气体实验(SAGEII)。此后,双芯结构OVTP证实了郭et al。15在光环微波肢体健全的(MLS)数据。OVTP有更强的中心和弱中心上对流层和低平流层(你的)地区平流层,分别为(15]。
一些研究人员表明臭氧和气候变化之间的相互作用(16- - - - - -21]。Cai (22]证明了气候影响的可能联系的平流层臭氧损耗的强化南大洋super-gyre循环。Cai和考恩23]表明,平流层臭氧损耗导致观察到的趋势在风应力模型模拟。Polvani介绍等。24]发现最南半球对流层环流变化造成极地平流层臭氧损耗在二十世纪的大气模型,利用社区版本3 (CAM3)。其他研究也表明,除了温室气体、臭氧也有助于气候趋势迫使通过改变地球的辐射能源预算(25)和夏季温带循环趋势(26]。此外,有研究表明,气候变化也改变了臭氧的空间分布影响平流层臭氧混合到对流层(27,28]。与此同时,大量的工作集中在机制负责OVTP臭氧损耗的观测证据。他们中的大多数认为动态大气传输效应与南亚高(SAH)是主导机制(14,29日- - - - - -34]。大型循环在臭氧的作用分析了低田et al。30.),扁et al。32),郭et al。14,34),刘et al .,田等人模拟臭氧低和研究化学和动态机制,指出动态效应更为重要,但后者是较弱的29日,30.]。地形的影响不仅有与动态交通也列大气损失导致列臭氧损失(30.,32,34]。此外,化学因素也被认为是重要的驱动程序(15,35]。
然而,OVTP当地气候的影响还很少研究,虽然小变化在你的地区的臭氧会大大影响表面和紫外线辐射气候(36]。尤其是OVTP的主要中心位于你的地区。OVTP将导致辐射强迫的纬向不对称会影响SAH的循环系统,因为长官是形成和保持在你的地区,青藏高原的热力作用[37- - - - - -45]。
然而,以往的研究侧重于OVTP SAH的影响;更少的工作担心OVTP SAH的反应。在行星尺度环流系统,长官有重要影响北半球气候和天气(陶朱,1964;(46- - - - - -50])。因此,在本研究中我们调查OVTP对SAH的影响及其机制,使用社区大气模型5.1.1版本(CAM5)。本文组织如下。模型和实验中所描述的部分2。节3,反应SAH OVTP进行了讨论。节中分析了反应的机制4节中,紧随其后的是一个总结和讨论5。
2。模型和实验
CAM5是地球大气的组成部分社区系统模型1.0.4版本(CESM1)。其前任CAM3和CAM4相比,在CAM5大幅修订包括物理参数化,包括更新的辐射方案(51气候建模[]这是一个关键因素52,53]。
在这项研究中,与欧拉动力学CAM5核心作为一个独立的模型这意味着海洋和海冰的组件CESM1取而代之的是年度周期规定数据。水平分辨率T42(2.8°)和混合pressure-sigma垂直坐标有30与最高大约3.643 hPa水平。
经过20年的向上,两个额外的10年的实验和分析。在控制实验(CE), CAM5是由月平均气候臭氧。(SE)的敏感性实验,每一个臭氧价值域(30 - 120°E, 0-60°N)从5月到9月是设置为相应的纬度地带性意味着,OVTP大约可以考虑删除。这两个实验是相同的在各方面的配置除了臭氧分布;因此比较CE和SE运行可以识别的影响OVTP长官。
3所示。回应的SAH OVTP
OVTP删除,这是显示在图1(一)-1(e),为了调查OVTP在SAH的影响。5月到9月期间(数字OVTP存在1(一)-1(e)),甚至成为臭氧在8月和9月低中心(数据1(d) -1在CE (e)),而臭氧轮廓完全平行的子午方向对青藏高原地区(30 - 120°e, 0-60°N)在SE(数字1(一)-1(e))。两个实验之间的差异的臭氧(SE−CE)表明,臭氧的中心差分3×10以上−7摩尔/摩尔(图5月在西藏高原1(一))和(图6月延伸到西方1(b)),然后保持在伊朗高原从7月到9月的强度不超过3×10−7摩尔/摩尔(数据1(c) -1(e))。
切除OVTP后,显著加强SAH只发生从6月到8月(数字1(g) -1(我)),特别是在SAH(图6月的中心1(g)),这是由两个实验之间的位势高度的差异(数字1(f) -1(j))。今年6月,SAH的加强中心位于56°E和40°N和30多个流量的变化是满足80%置信水平的显著性检验(图1(g)),而加强强度SAH成为周(图7月1(h))和(图8月1(我))。位势高度大约15流量发生的重大变化SAH的东部中心附近(90°E和40°N)在7月。在8月,加强地区位于SAH的中心(50°E和38°N),延伸到东北长官(图的一部分1(我))。并没有显著的变化(图5月长官1(f))和(图9月1(j))。总的来说,SAH的反应OVTP主要是在6月。
的反应温度OVTP不是重大70 hPa(数字1(k) -1(o))和温度响应的模式是相反的位势高度响应(数据1(f) -1(o))。从6月到8月,SAH后显著增强的OVTP(数字1(g) -1(我))。同时,负温度响应只是位于位置显著正从6月到8月的位势高度发生变化(数据1(g) -1(我))。
总之,OVTP去除后,长官在70年变得更加健壮和冷hPa从6月到8月,尤其是在6月。
4所示。的响应机制
4.1。SAH增强机制
Vertical-latitude横截面的区别两个实验56°E显示(6月数据2- - - - - -4),因为最明显的回应的SAH OVTP发生在56°E和40°N(图6月1(g))。长波和短波辐射加热率用于分析热力学过程,然后分析了动态过程通过使用水平散度和垂直速度。
(一)
(b)
(c)
(d)
(一)
(b)
(一)
(b)
删除OVTP增加臭氧在200 - 30 hPa导致显著增强辐射加热率(图6月在SAH地区2)。它会导致增加臭氧从200 hPa - 30 hPa,峰值约为3×10−7摩尔/摩尔70 hPa(图2(一个))。同时,短波加热率和长波升温速率都显著加强在该地区积极的臭氧变化发生的地方,因为臭氧层能吸收短波辐射和长波辐射。长波升温速率大大增加(减少)的1×10−6从100 K / s hPa 50 hPa(低于200 hPa,图2 (b)),由5×10短波加热率显著增加−7从100 K / s hPa 50 hPa的臭氧增加(图2 (c)),这表明,太阳紫外线辐射的吸收增加的臭氧增加在这一地区。因此,长波升温速率的总和和短波加热率大大增加(减少)1.5×10−6K / s (2×10−6K / s) 200 hPa(图(下图)2 (d)),超过90%的置信度。也就是说,长波和短波辐射的总效果是温暖的大气(酷)(下)SAH地区6月。
增强水平散度产生的辐射在SAH地区变暖导致加强SAH受到科里奥利力的影响(图3)。上面的反应水平散度(融合)加强300 hPa(图(下图)3(一个))。水平散度的变化,SAH大大增强与积极的中心从500 hPa - 30 hPa的60多个流量在200 hPa北部的SAH的中心,和两个实验满足之间的差异显著性检验在90%置信水平(图3 (b))。
总之,去除OVTP增加臭氧在200 - 30 hPa导致显著增强的长波和短波辐射加热率在SAH地区6月,然后增强水平散度辐射导致的气候变暖会导致加强SAH受到科里奥利力的影响。
4.2。冷SAH机制
辐射加热(图的分析2)表明,应该有一个温暖的SAH OVTP去除后,但前面的分析表明,加强地区的长官对应于冷却70 hPa(数字1(g)和1(我))。因此,应该有一个冷却机制而不是热力学过程。冷却空气扩大可能是主要原因,因为增强区域差异的区域(图3(一个))同意的负面反应温度(图4 (b))。此外,在更高层次和加热冷却低级别(数字2 (d)和4 (b))导致大气分层趋势更不稳定,促进提升运动(图4(一))。上升运动加强,空气绝热膨胀,并最终导致该地区更多的冷却。因此,动态过程与绝热膨胀和提升运动主要带来了温度下降在SAH后OVTP去除,但相关的热力学过程辐射加热补偿冷却反应。
5。总结和讨论
OVTP当地气候的影响进行了分析通过使用CAM5,删除OVTP约。结果如下:(1)OVTP去除后,长官变得更加健壮和冷从6月到8月,尤其是在6月。(2)删除OVTP增加臭氧在200 - 30 hPa导致显著增强的长波和短波辐射加热率在SAH地区6月,然后增强水平散度辐射导致的气候变暖会导致加强SAH受到科里奥利力的影响。(3)动态过程与绝热膨胀和提升运动主要带来了温度下降在SAH后OVTP去除,但相关的热力学过程辐射加热补偿冷却反应的一部分。
移除对SAH OVTP有重要影响如上所述在数值模拟的基础上,但OVTP改变摘要OVTP远远大于自然变化。因此,SAH的反应自然变化的OVTP利用CAM5将来值得研究。此外,异常引起的平流层和对流层之间的交互OVTP是另一个有趣的问题,这可能引起的amomaly罗斯比波传播(54,55]。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突。
确认
CAM5的条款摘要。这项研究得到了国家自然科学基金(41641042,41641042,41641042,41675039,41375047,和41175081)和优先级的学术程序开发江苏高等教育机构(PAPD)。