论文摘要
自工业革命以来,人类活动向大气中排放了大量二氧化碳(CO2)。CO2浓度迅速增加是全球变暖的主要原因。当前全球范围内减排措施仍然面临非常大的挑战。为了减缓和抑制全球变暖的不利影响,科学家们提出了通过影响气候系统能量平衡过程给地球降温的地球工程方法。本文利用地球系统模式,模拟并揭示了不同地球工程方法对气候系统的潜在影响。本文首先利用通用地球系统模式(CESM)模拟了四种地球工程方法对气候系统的影响,包括:直接减小太阳辐射常数、增加平流层硫酸盐气溶胶、海表低云增亮和卷云稀疏化地球工程。前三者通过减少气候系统吸收的短波辐射给地球降温,而卷云稀疏化地球工程通过增加逃逸到太空的长波辐射给地球降温。在试验设计中,四种地球工程方法均能有效抵消C02浓度加倍下全球平均温度增加。但同时,辐射强迫在不同地球工程试验中存在差异。相对1×CO2情景,卷云稀疏化方法造成全球平均降水增加了约4.1%,其余地球工程方法造成全球平均降水减少了约2.3%。本文进一步通过气候系统快响应(全球海表温度显著变化前,气候要素在大气平流层、对流层和陆地调整过程中产生的变化)和渐进反馈(由于平均海表温度变化导致的气候变化)的角度,揭示了不同地球工程方法对降水影响差异的机理。研究结果表明,不同地球工程试验中,降水变化差异主要与快响应中大气对流层调整过程不同,导致大气能量平衡和垂直运动过程存在差异有关。在此基础上,本文首次模拟研究了将平流层硫酸盐气溶胶方法与卷云稀疏化方法结合对气候系统的影响。结果表明,通过将两种地球工程方法适当结合,可以调节降水变化对温度变化的敏感性,从而同时抵消CO2浓度增加下全球平均温度和降水变化(分别为0.0 K和-0.4%)。该结果为地球工程方法的优化设计提供了理论基础。CO2在大气中停留会对气候系统产生长期影响,因此需要持续实施地球工程。迄今为止,大多数地球工程模拟研究仅仅考虑了几十年到一百年时间尺度的气候变化,缺乏对长期有效性的讨论。本研究通过减小太阳辐射常数抵消了 CO2增加造成的全球平均温度增加,并分析了地球工程在几百年时间尺度上对气候系统的影响。结果表明,地球工程能够在长时间尺度上有效抵消由于CO2浓度增加造成的地表和海洋温度变化,减少高纬度地区海冰融化,并能有效维持大尺度海洋温盐环流的长期稳定。大规模火山喷发活动向大气平流层中注入了大量硫酸盐气溶胶,经常被用来与平流层硫酸盐地球工程进行类比。本研究模拟并比较了具有火山喷发特征(硫酸盐气溶胶先增加后减小)和地球工程特征(硫酸盐气溶胶稳定存在)的平流层硫酸盐强迫试验。模拟结果表明,当产生相同的全球平均温度变化时(-0.7 K),具有火山喷发特征的硫酸盐强迫下,陆地温度、降水和地表径流的减小要显著强于具有地球工程特征的硫酸盐强迫结果。其中,地表径流的减小量级大约为具有地球工程特征试验下的两倍。温度、降水和地表径流的空间分布变化在不同试验中差异明显。该研究结果表明,具有不同时间尺度的硫酸盐气溶胶强迫对气候系统的影响存在明显不同。本研究内容加深了我们对不同地球工程情景潜在气候效应的认知,为未来地球工程的可能实施提供了理论基础;同时,通过分析气候系统中不同气候变量对多种地球工程方法的响应机理,有助于进一步提高我们对气候系统响应不同外源强迫过程的认识,对研究气候变化具有重要意义。
论文目录
文章来源
类型: 博士论文
作者: 段磊
导师: 曹龙
关键词: 地球工程,太阳辐射管理,气候系统模拟,大气二氧化碳
来源: 浙江大学
年度: 2019
分类: 基础科学
专业: 气象学
单位: 浙江大学
分类号: P461
DOI: 10.27461/d.cnki.gzjdx.2019.000585
总页数: 135
文件大小: 12730K
下载量: 101
相关论文文献
- [1].高分辨率气候系统模式的研制与评估[J]. 中国基础科学 2015(02)
- [2].气候系统变化——新时代的新世界观[J]. 世界环境 2020(01)
- [3].基于气候系统指数的中长期降水预测方法在辽宁省的应用[J]. 水利规划与设计 2020(06)
- [4].通量观测:认识气候系统各圈层相互作用的重要桥梁[J]. 气象科技进展 2020(04)
- [5].气候与气候系统研究进展[J]. Annual Report of CAMS 2009(00)
- [6].零维气候系统非线性模式的周期解问题[J]. 物理学报 2013(20)
- [7].第六届气候系统与气候变化国际讲习班在京举办[J]. 气候变化研究进展 2009(05)
- [8].气候系统模式不确定分析工作流执行平台[J]. 计算机工程与应用 2017(06)
- [9].“气候系统模式的高性能算法与应用”2011年度报告[J]. 科技创新导报 2016(09)
- [10].北京气候中心气候系统模式研发进展——在气候变化研究中的应用[J]. 气象学报 2014(01)
- [11].南极地区气候系统变化:过去、现在和将来[J]. 气候变化研究进展 2008(01)
- [12].研究,是件有意思的事儿——记中国气象科学研究院气候系统研究所研究员左志燕[J]. 科学中国人 2017(34)
- [13].气候系统模式对于北极海冰模拟分析[J]. 极地研究 2015(01)
- [14].中国气候预测研究与业务发展的回顾[J]. 气象学报 2020(03)
- [15].外强迫驱动下气候系统模式模拟的近千年大气涛动[J]. 科学通报 2011(25)
- [16].一个基于耦合气候系统模式的气候预测系统的研制[J]. 中国科学:地球科学 2014(08)
- [17].第七届气候系统与气候变化国际讲习班隆重开班[J]. 气候变化研究进展 2010(05)
- [18].气候系统研究与HUBEX[J]. 气象科技进展 2020(05)
- [19].BCC_CSM气候系统模式移植优化及其气候模拟验证[J]. 气象与环境学报 2015(01)
- [20].气候系统与气候变化研究进展[J]. Annual Report of CAMS 2012(00)
- [21].IPCC SROCC的主要结论和启示[J]. 气候变化研究进展 2020(02)
- [22].气候系统对CO_2强迫和太阳辐射强迫在不同时间尺度的响应[J]. 气候变化研究进展 2017(03)
- [23].全球高分辨率气候系统模式研究进展[J]. 地球科学进展 2016(03)
- [24].一个气候系统模式对小冰期外强迫变化的平衡态响应[J]. 大气科学 2010(05)
- [25].1380—1429年中国东部雨涝期与气候系统内部变率的可能联系[J]. 地球环境学报 2019(03)
- [26].气候系统10万年周期变化的随机动力学模拟[J]. 中国科学:地球科学 2015(05)
- [27].地球工程:回归现实[J]. 资源与人居环境 2010(19)
- [28].IAP第四代大气环流模式的气候系统模式模拟性能评估[J]. 大气科学 2012(02)
- [29].海-气耦合气候系统非线性扰动模式的周期正解[J]. 应用数学和力学 2017(04)
- [30].报告称人类对气候影响将不可逆转[J]. 环境监测管理与技术 2014(06)