人为气溶胶对北太平洋海温年代际变率的影响研究

Anthropogenic aerosol is one of the most important external forcings for climate change. On one hand, aerosol can cool the surface by scattering and absorbing the solar irradiation; on the other hand, aerosol can affect the climate by its interaction with cloud. Recent studies showed that anthropogenic aerosol is able to induce the sea surface temperature (SST) changes over the Atlantic and Indian Ocean. However, the response of the Pacific SST to aerosol is still unclear, although the North Pacific is directly polluted by Asian aerosol transported through the westerlies. In the present study, we will make statistical and dynamical studies on the relationship between anthropogenic aerosol and PDO using observational, reanalysis and model simulation datasets. The mechanism of the PDO's response to aerosol will be examined by investigating the changes of the downward solar irradiation, the Aleutian Low and the Kuroshio Extension via optimal fingerprint method. Furthermore, we will compare the impacts of aerosols emitted from Asia, Europe and America before and after 1970s, and discover the physical processes for the remote influence of European and American aerosol emission on PDO. This project will aim to increase our understanding of the decadal background of climate in China, and provide a scientific support for climate change adaptation framework.

人为气溶胶是气候变化的重要外强迫因子，一方面通过吸收和散射太阳辐射直接冷却下垫面，另一方面通过与云的相互作用间接影响气候。最新的研究表明，人为气溶胶对大西洋和印度洋海温有着重要的调制作用，然而对于位处亚洲气溶胶排放下游的北太平洋，其海温对人为气溶胶的响应研究还不多且争议较大。鉴于北太平洋海温年代际变率主模态（PDO）对东亚气候异常的重要作用，本项目拟针对人为气溶胶对PDO的影响开展研究：利用统计建模、数值模拟和最优指纹技术，系统地研究PDO对人为气溶胶响应的时空特征；分析人为气溶胶导致的辐射冷却效应、阿留申低压等大气环流变化以及黑潮延伸体等海洋环流变化，揭示其中影响PDO的主要物理机制和物理过程；在此基础上，对比1970s前后欧美和亚洲的人为气溶胶对PDO的影响差异，探索欧美气溶胶影响PDO的遥相关物理过程，为更好地认识我国气候的年代际背景、以及气候变化适应工程提供科学依据。

人为气溶胶是气候变化的重要外强迫因子，相比于温室气体的气候效应，人为气溶胶对气候的影响不确定性较大。本项目利用多个CMIP5和CMIP6耦合模式的气溶胶强迫模拟结果，聚焦太平洋海温的变化，研究了人为气溶胶对太平洋海温年代际涛动（PDO）的定量影响。研究发现，发现人为气溶胶一方面可以使北太平洋区域海表温度下降约1℃，这种海温的下降在北半球夏季和秋季更为显著；另一方面，热带中东太平洋的海温也会降低，但降温幅度显著低于北太平洋，因此总体上人为气溶胶使得PDO向正位相发展。项目还探索了人为气溶胶影响北太平洋海温的物理机制，研究发现，尽管气溶胶光学厚度的增加和晴空向下短波辐射的减少主要集中于排放源地，但是人为气溶胶导致了北太平洋上空总云量增多，进而导致向下短波辐射减少，影响了北太平洋海温降低；另外，更多的耦合模式模拟结果显示海洋热力输送和海表潜热通量的变化也不可以忽略。研究还发现人为气溶胶还可以通过影响大气环流间接的影响北太平洋海温，例如研究发现人为气溶胶导致了冬季阿留申低压变弱，进而会间接造成北太平洋海温变冷。项目进一步对比了亚洲区域气溶胶排放和其他地区气溶胶排放对北太平洋海温的影响，发现亚洲气溶胶对下游北太平洋海表变冷的影响约占75%，而其他地区气溶胶排放对北太平洋海表变冷的影响约占25%。项目利用ENSO、PDO记忆性和人为气溶胶光学厚度，通过AR(1)模型结合多元线性回归模型，较好地重构出了历史上的PDO演变。

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