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全球主要沙尘源区分布及其沙尘气溶胶变化特征的模拟分析

作　者: 熊洁
导　师: 韩永翔
学　校: 南京信息工程大学
专　业: 大气物理学与大气环境
关键词: 沙尘气溶胶沙漠东亚青藏高原气候模式
分类号: P425.55
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

沙尘气溶胶即矿物质气溶胶,是大气气溶胶的重要组成部分,对全球的气候有着重要的影响。为了从全球、东亚地区和青藏高原不同尺度深入探讨沙尘源区分布及其沙尘气溶胶变化和传输过程,本文应用了全球气溶胶气候模式CAM和GEM-AQ/EC对全球沙尘气溶胶进行一系列多年模拟：1)气候模式CAM5.1的20年(1991-2010)全球沙尘气溶胶的模拟用于分析全球主要沙漠地区气溶胶起沙及传输气候特征；2)利用GEM-AQ/EC进行了10年(1995-2004)模拟研究东亚沙尘气溶胶的源汇分布及垂直结构；3)应用全球气溶胶气候模式CAM3.1针对青藏高原潜在的沙漠化对全球大气气溶胶贡献进行2年(2002-2003)敏感性模拟试验。其主要研究结果总结如下：1.全球主要的沙源有北非(撒哈拉玛干沙漠)、阿拉伯半岛和中东、东亚地区及澳大利亚地区四大区域,此外在北美、南美及南非部分地区也有少量的沙源。北非的起沙量占到全球总量的60%,阿拉伯半岛和中东占到18%,东亚地区占12%,澳大利亚占2.5%,其他地区占7.5%。四大区域的起沙量和沉降量变化趋势基本一致,起沙量、于、湿沉降有明显年际变化,但相比较,它们均具有更显著的季节变化,起沙量和总沉降量的季节变化性东亚地区最强,北非最弱,湿沉降量北非的季节变化最强、澳大利亚最弱。干湿沉降比率与各地区的季节变化相关,东亚地区以湿沉降为主,其他区域都以干沉降为主。各区域的沙尘自由对流层传输受中纬度西风带控制,主要呈自西向东的输送,但大气边界层沙尘气溶胶传输方向具有显著的区域性。北非是全球最大的沙尘输出源区,除来自沙漠地区的主导作用之外,阿拉伯半岛和中东主要沙尘传输是来自北非的沙尘,东亚地区还有来自中东甚至北非地区的沙尘。2.东亚大陆沙尘气溶胶源区主要集中在东亚的沙漠地区,有两大沙尘主要源区：覆盖蒙古国南部及中国内蒙中西部的沙漠地区和南疆的塔克拉玛干沙漠。东亚沙尘排放量春季最大,占全年排放总量的66.81%,四月份达15.29Mt,夏季下降,秋季小幅度回升,冬季最小；东亚沙尘排放量呈现明显的年际变化及增强的趋势。东亚沙尘沉降高值区与源区一致,源区及附近以干沉降为主,远距离传输到中国东北、长江以南及西太平洋包括日本、朝鲜半岛,湿沉降占主导地位；沙尘沉降具有季节变化,其趋势与东亚沙尘排放量的季节变化大致相同,且模拟的10年沉降量呈上升趋势。东亚沙漠地区排放的沙尘主导了东亚沙尘气溶胶的变化,最大的净沙尘汇区集中在紧邻净沙尘源区的黄土高原及华北平原西部。东亚地区春夏秋3个季节均是沙尘的净源区,而冬季强西风急流输入东亚以外的沙尘使东亚整体上为沙尘净接收区。东亚大陆大部分地区,沙尘垂直分布主要集中在对流层低层3km高度以下,在西太平洋地区包括日本、朝鲜半岛沙尘高值中心位于在对流层中层5km高度上下,在沙漠以北地区沙尘垂直廓线的高值出现在对流层中上层6～8km高度。3.青藏高原沙漠化的敏感性模拟试验表明：青藏高原上潜在的起沙源区主要分布在临近柴达木盆地的高原西部、藏南地区以及青南高原。高原的起沙量春季最大,秋季次之,冬季第三,夏季最小。敏感性模拟试验还表明,高原沙漠化大大的增加了高原源区地面沙尘气溶胶的浓度,在对流层底部影响较大的是东亚大陆中国中西部地区,在对流层中高部高空影响区域不仅限于中国中部地区、其影响向东可到达中国东海岸、甚至朝鲜、日本南半岛直至太平洋上空。青藏高原沙漠化对青藏高原及周边地区的沙尘气溶胶贡献主要在低层地面,而在较远的下风区如日本岛南部海域及中太平洋区域,其沙尘气溶胶贡献主要在高层。高原沙尘气溶胶极易被扬升到西风带,成为全球最高效率的沙尘远程传输源地。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-10
第一章绪论  10-15
  1.1 研究背景  10-11
  1.2 研究进展  11-13
    1.2.1 沙尘的物理化学特性  11
    1.2.2 沙尘的气候效应  11-12
    1.2.3 沙尘的模拟及传输  12-13
  1.3 研究内容  13-15
第二章模式介绍  15-20
  2.1 模式简介  15-17
    2.1.1 全球气候模式CAM  15-16
    2.1.2 气溶胶模式GEM-AQ/EC  16-17
  2.2 气溶胶过程  17
  2.3 起沙方案  17-20
第三章全球主要沙漠地区气溶胶起沙及传输气候特征  20-32
  3.1 全球的沙尘源区  20-23
    3.1.1 全球沙尘源区分布  20-22
    3.1.2 全球沙尘的起沙量  22-23
  3.2 分四大区域讨论  23-27
  3.3 全球环流与沙尘气溶胶的传输  27-30
  3.4 本章讨论及结论  30-32
第四章东亚沙尘气溶胶的源汇分布及垂直结构  32-45
  4.1 数据介绍  33-34
  4.2 结果分析  34-42
    4.2.1 沙尘排放源区域及其变化特征  34-37
    4.2.2 模拟的东亚沙尘气溶胶干湿沉降及区域收支  37-40
    4.2.3 沙尘气溶胶的垂直结构变化  40-42
  4.3 本章讨论及结论  42-45
第五章青藏高原沙漠化对大气沙尘气溶胶贡献的敏感性模拟  45-54
  5.1 模式介绍及模拟试验  46-48
  5.2 结果讨论  48-53
    5.2.1 青藏高原起沙量的比较  48-50
    5.2.2 青藏高原潜在沙源对东亚地区沙尘气溶胶的贡献  50-53
  5.3 本章结论  53-54
第六章结论与展望  54-57
致谢  57-58
作者简历  58-59
参考文献  59-63

全球主要沙尘源区分布及其沙尘气溶胶变化特征的模拟分析

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