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全球三维大气化学模式和全球大气环流模式的耦合研究及应用

刘茜霞  
【摘要】:近百年全球气候变暖是不争的事实,而且很多研究表明,人类活动的影响是主要的成因之一。为了更好地理解气候变化规律与成因特别是准确地预测未来的气候变化,迫切需要开发出能全面而科学地揭示地球系统各大圈层之间复杂相互作用的地球系统模式,而实现全球三维大气化学模式和全球大气环流模式的耦合则是构建地球系统模式的重要一环。作为在中国实施全球三维大气化学模式和全球大气环流模式耦合计划的第一步,我们成功实现了全球三维大气化学模式MOZART-2和全球大气环流模式CAM2的离线耦合,并建立了一个新的MOZART-2和CAM2的离线耦合模式系统。本论文以对该模式系统的评估及应用为主要研究内容,进行了一系列的研究工作,得到下面一些主要研究结论。 与东亚地区多年平均的臭氧地面观测资料的对比分析表明,MOZART-2与CAM2离线耦合模式系统能较为成功地再现两类典型的地面臭氧季节变化特征,即南鸟岛站所代表的清洁海洋边界层地区臭氧浓度夏季最小值和冬季最大值的季节变化特征以及绫里崎站所代表的北半球中纬度地区遥远清洁大气中地面臭氧浓度春季最大值和夏季最小值的季节变化特征。计算结果表明,光化学作用是一些地面站臭氧浓度春季最大值的主要贡献因素。同时,模拟结果有不同程度低估南鸟岛和绫里崎两个地面站CO浓度大小的现象,但仍能合理地反映出所在站点地区地面CO浓度夏季最小值的季节变化特征,低估主要与本研究中所选用的排放源清单以及所用的模式气候态的气象场有关。与东亚地区四个臭氧探空站多年平均的臭氧探空观测资料的对比分析表明,除了对冬季臭氧浓度略微高估之外,模拟结果能较为准确地再现东亚地区对流层臭氧浓度大小及垂直梯度特征并能较为合理地反映东亚地区对流层臭氧浓度随季节、纬度和高度变化的特征。与对流层顶高度统计观测值的比较表明,对馆野站二月份对流层顶高度的显著低估是该站对流层上层和中层冬季臭氧浓度模拟值过高的一个重要原因。 模拟结果与欧洲地面站观测资料的对比分析表明,该模式系统除了对德国Hohenpeissenberg观测站地面臭氧浓度略微高估和荷兰Kollumerwaard观测站地面臭氧浓度有些低估外,能基本上反映所在站点地区地面臭氧和CO浓度的季节变化特征。与德国Lindenberg和芬兰Sodankyla两个臭氧探空站观测资料的对比


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