为了提高人类主动应对全球气候变化的能力,科学家们提出可以通过地球工程人为地为地球降温。其中,卷云稀疏化作为影响地气辐射平衡的地球工程方法开始受到广泛关注。为充分发挥卷云稀疏化的全球降温潜力,本研究对以往研究中使用的卷云播种方法进行了改进并使用第五版本通用大气模式（Community Atmosphere Model version 5,CAM5）进行模拟试验。首先,对比分析了以往研究中使用的播种方法（固定播种方法）与本研究中改进后的播种方法（灵活播种方法）对大气产生的影响。其中,灵活播种方法是指在播种时根据周围大气状况推算如何播种冰晶粒子（半径和数浓度）,使之能够刚好抑制冰晶同质核化。模拟结果显示,灵活播种产生的全球降温效应为-1.36±0.18 W m-2,大约是人为关闭同质核化产生的降温效应的三分之二(-1.98±0.26 W m-2)。然而,固定播种20或200 L-1的冰核粒子分别产生了微弱的降温效应(-0.27±0.26 W m-2)和增温效应(0.35±0.28 W m-2)。这表明,灵活播种方法无论是从降温潜力还是环境友好的角度来说都要优于固定播种方法。除此之外,本文还指出实施灵活播种会导致地表接收到的短波辐射增多(6.61 W m-2,增亮效应)。本文进一步开展敏感性试验以探索灵活播种方法的降温潜力。结果表明:一、播种冰晶粒子的半径对于其产生的总降温效应的全球均值影响不大(差异不超过0.2 W m-2)。二、区域播种试验结果表明,避免在正午太阳天顶角较小的纬度地区进行灵活播种,可以产生比全球均匀播种更强的降温效应(最大可以达到-2.03±0.32 W m-2)。三、分别在同质核化发生概率较高和较低的模式背景下进行灵活播种产生的全球降温效应的差异为0.51 W m-2,远小于两组试验中卷云产生的降温效应的差异(2 W m-2)。四、在模式中采用不同的冰晶核化参数化方案进行灵活播种模拟都产生了-1 W m-2以上的全球降温效应。以上敏感性试验结果为今后进一步优化灵活播种方法提供了参考。以往部分研究通过增加冰晶粒子下落速度来简化卷云稀疏化数值试验。本研究模拟比较了这种试验设计与灵活播种产生的气候效应。结果表明,模拟增加冰晶粒子的下落速度可以产生明显的全球降温效应,但是无法再现播种冰晶对云微物理过程的影响。综上,本研究加深了对于卷云稀疏化的认识,为现实中开展卷云稀疏化提供了参考。
暂无评论