对流层高度是表征对流层大气平均温度和对流运动强弱的重要标致,东亚是全球对流层顶高度变化、对流层与平流层物质交换比较显著的地区。研究表明近年来对流层的全球变暖有使对流层顶抬高的趋势。同时观测表明在全球变暖背景下东亚部分地区地表气温却在变冷,这一现象被认为主要由气溶胶导致,说明温室气体和气溶胶对对流层底部温度的影响是不同的,这预示着它们对对流层顶部温度、高度的影响可能也存在差异,然而目前研究气溶胶对东亚对流层顶高度的影响,并对比气溶胶与温室气体影响机制差异的研究工作还很少。因此,利用观测资料分析和数值模拟结合的办法,研究温室效应和气溶胶对东亚地区对流层顶高度的影响及其相对重要性,并进一步分析比较吸收性气溶胶和散射性气溶胶影响机制的异同,对认识人类活动影响对流层顶、影响对流层与平流层物质交换有重要意义,也是认识人类活动影响东亚区域气候变化的新内容。
本课题利用到1948-2004年共57年的对流层顶气压场和温度场资料、卫星搭载的TOMS遥感器观测的1979-1992年全球气溶胶光学厚度资料,以及全球大气环流模式CAM3.1。首先通过统计方法分析了近几十年来在全球变暖背景下,全球及东亚地区对流层顶要素的变化特征,并进一步讨论了对流层顶高度、气溶胶光学厚度、对流层温度(1000-300hPa加权平均温度)及平流层中下层温度(100-30hPa加权平均温度)几者变化之间的关系。发现对流层顶高度近年来的升高趋势是由于对流层温度上升,同时平流层温度降低所共同导致。东亚地区对流层顶高度上升速率明显慢于全球平均水平,并且与该地区气溶胶光学厚度的增加具有较好的统计相关性;在资料分析的基础上,利用全球大气环流模式CAM3.1模拟了温室气体二氧化碳浓度固定和按每年1%比例增长两种场景下全球气候的变换,以及由此导致的对流层顶高度变化情况,确定了二氧化碳单位辐射强迫对对流层顶高度变化的贡献。同时也利用该模式模拟了全球典型的散射性硫酸盐气溶胶和吸收性黑碳气溶胶辐射强引起的全球对流层顶高度变化。