BCC-AGCM-ChemO模式对20世纪全球O_3的模拟研究

【摘要】臭氧（O3）是大气中一种重要的温室气体，存在明显的时空变化特征，对全球气候和气候变化产生重要的影响。同时，由于人类活动温室气体排放，以及全球气候变暖的影响，反过来又影响大气臭氧浓度的变化。因此，开展对大气O3的研究，对人们了解气候变化及人类活动的影响非常重要。利用地球系统模式开展对O3的模拟研究是目前气候模式研究的热门趋势，与传统的利用大气化学模式模拟大气化学过程相比，地球系统模式将可以更加真实的反映大气中大气化学与气候的相互反馈过程。国家气候中心也在积极地开发自己的地球系统模式BCC-ESM，作为前期工作，已于2013年建立BCC-AGCM-Chem0大气环流化学模式。该模式是在BCC-AGCM2.1大气环流模式的基础上增加了大气化学模式MOZART-2中的大气化学过程，能够模拟大气环流过程与大气化学成分的实时变化及其相互作用。本论文利用该模式，在人类活动温室气体排放条件下，对1871-1999年全球大气臭氧(O3)浓度进行了长时间的数值模拟试验，并利用全球臭氧和紫外线辐射数据中心（WOUDC）提供的O3台站观测资料以及第五次耦合模式国际比较计划（CMIP5）整理的一套1871-2000年全球臭氧分析资料，评估了BCC-AGCM-Chem0模式对O3的气候平均态和季节变化特征、以及20世纪长期变化趋势的模拟性能。论文主要结论如下：（1）BCC-AGCM-Chem0模式模拟出了全球对流层O31970-1999年平均的空间分布和垂直结构特征。表现为北半球O3浓度高于南半球，O3的经向分布大致呈由低纬向高纬递增的空间分布特征，相对于CMIP5分析数据，模式模拟的O3气柱总量在40°S以南的南大洋区域，模拟值偏低3-6Dobson单位，在40°S-50°N中低纬地区略偏高3-6Dobson单位左右，陆地地区差异明显大于海洋区域，这些模拟偏差与地面排放和模式中O3水平和垂直平流输送的影响有关。在垂直分布上，模式可以模拟出在对流层上层O3浓度在热带地区最低，南北半球高纬度地区O3浓度最高，在对流层中下层北半球中高纬地区明显大于全球其他地区等特点；通过与全球8个台站的O3探空观测数据的对比分析表明，模式可以较好地再现台站观测的O3浓度垂直分布结构特征。（2）BCC-AGCM-Chem0模式对全球对流层O3浓度季节变化的空间分布特征也有良好的模拟能力。所模拟的O3柱浓度季节性变化与CMIP5资料在1、4、7和10月的全球范围空间相关系数分别达到0.89、0.97、0.86和0.91，模拟再现了南、北半球春季偏大、秋季偏小的特点；模式也再现了台站观测到的在500hPa以上的对流层中上层O3季节变化与以下的对流层中下层O3季节变化峰值存在明显的不一致性特点。（3）在1871‐1999年人类活动温室气体排放条件下，BCC-AGCM-Chem0模式可以很好地模拟出这一时段的全球对流层O3浓度随时间的演变趋势。表现为在300hPa以下的对流层呈现出1871‐1999年持续上升；在1950‐1980年中期是快速上升期；北半球升高趋势明显大于南半球；全球O3柱浓度增加最大的区域位于北美东部、中西欧以及东亚地区。所有这些模拟结果与CMIP5数据基本吻合。与同期台站观测资料对比，模式在亚洲的Sapporo站和欧洲的Hohenpeissenberg站所模拟的对流层中低层O3年代际变化趋势与实际观测比较接近，但在其他台站，还存在较大的偏差。
【作者】李书博；
【导师】吴统文；
【作者基本信息】中国气象科学研究院，气象学，2014，硕士
【关键词】BCC-AGCM-Chem0；模拟评估；模式基本气候态；O3季节变化特征；臭氧（O3）；长期变化趋势；

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