摘要
工业化革命以来，随着大气中温室气体浓度的持续升高，全球气候变暖，并已对气候系统和人类社会造成重大影响。当前，减缓和适应是气候变化应对的主要战略，但其实施现状不容乐观。科学家们为此提出了人为改变气候系统能量平衡从而使全球降温的太阳辐射干预方案，作为应对全球变暖的备用措施。已有研究表明，太阳辐射干预可以有效抑制甚至逆转全球变暖，但区域气候对其响应如何仍不明晰，一些地区可能会因为太阳辐射干预的实施而面临更大的气候风险。中国地处东亚季风区，对气候变化敏感，太阳辐射干预会对东亚气候产生怎样的影响并不清楚，亟待研究。本论文利用地球工程多模式比较计划(GeoMIP)中的平流层气溶胶注入试验(G4和G6sulfur)，系统分析了中国气温、东亚季风及降水对平流层气溶胶注入这一太阳辐射干预方法的响应，并使用动力学方法诊断其作用途径。文章的主要结论如下: (1)热带平流层气溶胶注入将导致中国冬夏季气温显著降低。通过对多模式G4试验（每年向热带注射五百万吨二氧化硫）模拟数据的分析发现，平流层气溶胶注入使21世纪中期中国冬、夏季近地面气温显著降低，部分抵消了中等排放情景下人为外强迫导致的增温。动力学上，平流层注入的二氧化硫转化为平流层硫酸盐气溶胶，气溶胶本身的散射效应及其引起中国区域对流层温度降低和水汽含量减少分别使得地表向下晴空短波和长波辐射减少、气温降低。与此同时，气温的响应存在明显的季节、区域以及模式间差异性，其主要与云辐射强迫和地表反照率变化的不确定性有关;其中，夏季云量和冬季地表反照率的增加会造成强降温，而二者的减少则可能导致个别地区出现异常升温。 (2)热带平流层气溶胶注入将使得东亚夏季降水减少。多模式G6sulfur试验（每年向热带注射二氧化硫使高排放情景降至中等排放情景）模拟数据表明，平流层气溶胶注入将导致21世纪末期东亚夏季降水减少，降水变化有明显的区域差异。受对流层中高层的强降温影响，东亚上空出现异常的反气旋环流，其中心位于日本南部，环流变化引起的冷暖平流输送进一步使得日本以南海域降水显著减少，华北西部降水略有增加，同时，平流层气溶胶注入强迫下，对流层降温引起的大气中水汽含量减少，是造成中国东北和东南降水减少的主要原因。此外，日本南部的异常反气旋环流有利于低层东亚夏季风的增强。 (3)热带平流层气溶胶注入将引起东亚冬季风增强。基于G6sulfur试验的模拟数据研究发现，平流层气溶胶注入强迫下，东亚冬季风将在21世纪末期显著增强，表现为西伯利亚高压增强、阿留申低压增强南移、东亚沿岸对流层低层北风增强和东亚大槽加深。其中，平流层气溶胶注入引起的赤道中太平洋的强降温和异常下沉运动引起了向极传输的罗斯贝波波列，这是造成东亚冬季风增强的主要原因;同时，平流层气溶胶注入增强了北半球极涡，有利于该波列的维持。此外，平流层气溶胶注入强迫下，中国北方尤其是东北的降水显著减少，中国南方降水略有增加。
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