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强外辐射强迫异常下的气候敏感性及反馈过程研究

张虹娇  
【摘要】:为了研究影响气候敏感性的因子及成因的动力过程,采用了NCAR气候系 统模式CSM1. 4。利用该模式,共进行了4个试验,一个太阳常数为标准值的控 制试验,其它3个试验太阳常数依次增加2. 5%、10%和25%。所有试验在相同 的初始条件下积分了50年。研究发现: (1) 如果系统向着新的平衡方向发展,系统中的反馈过程必须是全负的并 且足够大以平衡正的强迫。通过其长波、短波、无云/地表和有云时的分量,对 辐射反馈过程既做了局地分析也作了全球平均的分析。发现,总的辐射反馈随着 温度的增加负值确实越来越大,但是这种变化并非是线性的,尤其对强的辐射强 迫,非线性非常明显。 (2) 随着温度的增加,长波分量的辐射反馈以近似的线性方式变为更负, 但这并不适合于短波反馈过程。与冰雪/反照率反馈相关的晴空短波辐射反馈分 量,随着温度的增加是正的增长。在较小的增暖中,冰雪/反照率引起的正反馈 可以由短波云引起的负反馈部分抵消,后者随温度的增加而下降。然而,当温度 增加到在一定值后,短波云的反馈不再降低,转而开始随温度增加而上升。对太 阳常数增加25%的试验,净的短波云反馈随温度增加最终变为正值。 (3) “失控增暖”的情况在何种条件下会发生已经用简单模式研究过。在一 定条件下,随温度的增加,辐射强迫和温暖大气中增加的水汽的温室效应的正反 馈可以大大地超过向空间的长波冷却的负反馈,从而产生“失控增暖”。不过这 并不是本文GCM中太阳常数增加25%(或更大)的试验所经历的失控增暖的原 因,本文模式中可能出现的“失控增暖”是由于当温度的增加超过临界值时云量 开始降低,模式经历的是“失控的云反馈”增暖。正是云量的降低导致了行星反 照率的降低,再加上系统吸收的太阳辐射的增加远远超过了各种负反馈才导致了 失控增暖。 (4) 云量和行星反照率的降低与降水的增加和相对湿度的增加或减少区域 都有关。云量降低甚至出现在水循环加速和降水、蒸发增加以后。云量的降低也 许说明在本模式中使用的积云参数化方案并不适用于太大的强迫和增暖情况,但 没有证据表明如此。云量和行星反照率的降低表明,随系统吸收的太阳辐射量的 强外辐射强迫异常下的气候敏感性及反馈过程研究 硕士学位论文 增加,将呈现出强的正反馈。但是这种现象是否普遍存在,或者它是否代表 了气候系统对强辐射强迫的合理响应,这些问题还需要用其它模式和积云参数化 方案做更进一步的研究。 关键词:太阳常数;辐射强迫;气候反馈;气候敏感性;数值试验


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