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温室气体浓度升高可致青藏高原热源增强

发布时间:2020-08-17 10:21:00

  夏季青藏高原的抬升加热作用,使得上空大气成为热源,形成了高原及周边地区独特的气候特征。近百年来,大气中温室气体浓度持续上升,对全球气候系统有着深远的影响,但是它对青藏高原大气热源变化的贡献和相应机理,我们还不是很清楚。

  基于耦合模式比较计划第五阶段的实验结果,中国科学院大气物理研究所的屈侠副研究员、黄刚研究员和成都信息工程大学的朱丽华讲师合作研究指出,大气中CO2浓度的增加,可导致夏季青藏高原大气热源增强,见图1灰色柱状图。CO2辐射强迫的增强,可导致青藏高原及上空大气增温,大气饱和水气压增强,空气湿度增加(图2d);在局地气候态上升运动的作用下,更多的水汽被输送至上空,凝结产生潜热释放,导致高原的热源增强。同时,青藏高原大气增温可导致整层大气向外的长波辐射增强,大气辐射冷却作用增强,部分抵消了热源增强的作用。

  大气CO2辐射增加主要通过两种途径影响到青藏高原热源变化:一是通过改变大气辐射平衡直接影响到高原气候(简称“直接辐射效应”),二是通过改变全球海表温度间接影响高原气候(简称“海洋增温效应”)。直接辐射效应可导致高原增温,加强了高原周边与海洋的热力对比,高原上升运动增强(图2b),表面湿度微弱增加(图2f)。海洋增温效应,一方面可加热全球大气,使得高原大气水汽增多(图2f);另一方面,减弱了高原周边陆地与海洋的热力差异,最终导致青藏高原周边上升运动减弱(图2c)。两种效应的共同作用下,夏季青藏高原上升运动变化不明显,大气湿度增加,高原潜热增加,最终热源增强。见图1。

  此外,海洋增温效应,使得高原气温升高,大气向地表和外太空发射的长波辐射增强,大气辐射冷却作用增加,部分抵消了热源的增强作用。直接辐射效应的贡献则相对微弱。见图1。

  该研究受到第二次青藏高原综合科学考察研究项目(2019QZKK0102)、中国科学院战略性先导科技专项(XDA20060501)、国家自然科学基金(41831175,41530425)和中国科学院海洋大科学研究中心重点部署项目(COMS2019Q03)共同资助。

\ 图 1 青藏高原大气热源及相关分量对CO2辐射增强的响应。X轴各项依次为大气热源、大气潜热、地表感热、大气辐射加热、地表向下长波、地表向上长波、地表向下短波、地表向上短波、大气层顶向上长波,大气层顶向上短波和大气层顶向下短波辐射。灰色、蓝色、绿色、紫色柱状分别为CO2总效应、直接辐射效应、海洋增温和海温分布型的贡献,红色柱状为直接辐射和海洋均匀增温效应的加和。

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图 2 CO2总效应(第1列)、直接辐射效应(第2列)和海洋增温效应(第3列)对400 hPa气压速度(p坐标系下垂直速度,第1行)和地表空气湿度(第2行)的贡献。

  参考文献:

  Qu, X., Huang, G. & Zhu, L. CO2-induced heat source changes over the Tibetan Plateau in boreal summer-Part I: the total effects of increased CO2. Clim Dyn (2020). https://doi.org/10.1007/s00382-020-05353-9

  Qu, X., Huang, G. CO2-induced heat source changes over the Tibetan Plateau in boreal summer-part II: the effects of CO2 direct radiation and uniform sea surface warming. Clim Dyn 55, 1631–1647 (2020). https://doi.org/10.1007/s00382-020-05349-5

  文章链接:

  https://link.springer.com/article/10.1007/s00382-020-05353-9

  https://link.springer.com/article/10.1007%2Fs00382-020-05349-5



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