鄭彬 黃燕燕 谷德軍 林愛(ài)蘭 李春暉

摘要 利用重建的華南區(qū)域黑碳?xì)馊苣z（Black Carbon，BC）濃度資料，分析其與南海夏季風(fēng)在年際尺度上的關(guān)系。結(jié)果表明，華南區(qū)域BC濃度與南海夏季風(fēng)的關(guān)系在2000年前后有明顯的突變，由顯著負(fù)相關(guān)變?yōu)轱@著正相關(guān)，即由高BC濃度弱季風(fēng)變?yōu)楦連C濃度強(qiáng)季風(fēng)。通過(guò)合成對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)1988—1999年（第一時(shí)間段）的華南BC主要?dú)夂蛐?yīng)是間接輻射強(qiáng)迫作用：華南BC使云粒子半徑減小，抑制華南區(qū)域春季降水，增加了云的生命期，從而使到達(dá)地面的短波輻射減少，表面和低層大氣降溫。負(fù)溫度異常激發(fā)了異常反氣旋，在南海區(qū)域即有東風(fēng)異常。到夏季，東風(fēng)異常減弱了季風(fēng)強(qiáng)度，同時(shí)抑制了南海地區(qū)的降水。2000—2010年（第二時(shí)間段）的華南BC主要?dú)夂蛐?yīng)是直接輻射強(qiáng)迫作用：春季高BC濃度通過(guò)直接氣候效應(yīng)，增暖大氣，加強(qiáng)降水，但是雨日減少，從而使到達(dá)地面的短波輻射增多，表面和低層大氣增溫。正溫度異常激發(fā)了異常氣旋，在南海區(qū)域即有西風(fēng)異常一直維持到夏季，增大了季風(fēng)強(qiáng)度，同時(shí)增強(qiáng)了南海地區(qū)的降水。

關(guān)鍵詞 黑碳?xì)馊苣z; 南海夏季風(fēng); 直接效應(yīng); 間接效應(yīng); 華南

大氣氣溶膠作為全球變化的重要強(qiáng)迫因子，因其全球氣候效應(yīng)而成為科學(xué)家們廣泛關(guān)注的一個(gè)重要研究領(lǐng)域，并且已經(jīng)成為當(dāng)前國(guó)際全球變化研究的熱點(diǎn)問(wèn)題之一。氣溶膠粒子影響地球大氣輻射平衡和云雨過(guò)程，這兩種過(guò)程都會(huì)引起氣候變化。一方面，氣溶膠粒子直接通過(guò)吸收和散射太陽(yáng)輻射，改變地-氣系統(tǒng)的能量收支;另一方面，氣溶膠粒子還作為云的凝結(jié)核（CCN）改變?cè)频墓鈱W(xué)和微物理特性，甚至云結(jié)構(gòu)、生命期和降水，改變地球水循環(huán)（李占清，2020）。

季風(fēng)活動(dòng)引起的洪澇干旱等自然災(zāi)害威脅著全球超過(guò)60%的人口，因此氣溶膠輻射強(qiáng)迫對(duì)大尺度季風(fēng)系統(tǒng)的影響也越來(lái)越受到關(guān)注（陳明誠(chéng)等，2014;王東東等，2017;史湘軍等，2020a;2020b）。季風(fēng)作為氣候系統(tǒng)中最主要也最活躍的組成部分，其形成與演變?nèi)Q于系統(tǒng)外部強(qiáng)迫和系統(tǒng)內(nèi)部反饋。季風(fēng)的基本推動(dòng)力包括太陽(yáng)輻射季節(jié)變化、海陸熱力差異和大氣中濕過(guò)程等，而氣溶膠可以改變幾乎所有這些驅(qū)動(dòng)季風(fēng)的基本推動(dòng)力。已有研究表明，氣溶膠輻射強(qiáng)迫可以影響全球所有季風(fēng)區(qū)的降水量或雨帶分布，例如：南亞季風(fēng)區(qū)（Devara et al.，2003;Chen et al.，2007;Wang et al.，2009）、東亞季風(fēng)區(qū)（Gu et al.，2006;Huang et al.，2007）、澳大利亞季風(fēng)區(qū)（Rotstayn et al.，2007）、非洲季風(fēng)區(qū)（Solmon et al.，2008;Huang et al.，2009）和南美季風(fēng)區(qū)（Lin et al.，2006）。黑碳?xì)馊苣z（Black Carbon，BC）是吸收性氣溶膠，作為氣候變暖的重要角色（Ramanathan et al.，2002），其直接輻射強(qiáng)迫僅次于二氧化碳（Ramanathan and Carmichael，2008），它對(duì)季風(fēng)的影響與其他散射性氣溶膠有很大區(qū)別。

對(duì)于南亞季風(fēng)，Lau et al.（2006）提出了吸收性氣溶膠的高層加熱泵（Elevated Heat Pump，EHP）效應(yīng)。首先，吸收性氣溶膠使青藏高原南坡上的空氣加熱，吸引了更多的印度洋暖濕水汽的從低層補(bǔ)充;同時(shí)，由于地面的冷卻抑制了對(duì)流，從而更可以使暖濕空氣向喜馬拉雅山腳深入，并引起該處的更多降水;由于更多的降水引起該處更多的加熱，從而又吸引更多的暖濕空氣匯入，形成一個(gè)正反饋，導(dǎo)致南亞季風(fēng)提早爆發(fā)。一些觀測(cè)資料分析（Satheesh et al.，2008）和模式研究（Collier and Zhang，2009）也證實(shí)了南亞季風(fēng)區(qū)的EHP效應(yīng)。而夏季，與黑碳?xì)馊苣z相關(guān)的高空穩(wěn)定的加熱層，形成一個(gè)由北指向南的溫度梯度，有利于南亞夏季風(fēng)的增強(qiáng)（王志立等，2009）。但是Collier and Zhang（2009）的研究也指出，氣溶膠輻射強(qiáng)迫將導(dǎo)致季風(fēng)爆發(fā)前南亞地區(qū)表面短波輻射減小而降水增多，從而導(dǎo)致低層大氣的冷卻，并形成異常反氣旋，最終對(duì)6—7月活躍期的南亞夏季風(fēng)是一種負(fù)反饋效應(yīng)。甚至在5月，Nigam and Bollasina（2010）也認(rèn)為EHP理論并不符合觀測(cè)事實(shí)。例如，5月氣溶膠標(biāo)準(zhǔn)差中心并不在喜馬拉雅南坡，而是在北印度-剛果平原以南。此外，更重要的是氣溶膠與表面溫度以及降水的關(guān)系也與EHP理論相反。

BC對(duì)東亞季風(fēng)的影響也沒(méi)有定論。有研究認(rèn)為BC的直接效應(yīng)加熱大氣，使大氣變得不穩(wěn)定，對(duì)流加強(qiáng)，從而降水增多。例如，Menon et al.（2002）就將20世紀(jì)后半葉的中國(guó)南澇北旱歸因于BC的直接輻射強(qiáng)迫。Liu et al.（2010）的模式模擬研究結(jié)果也指出BC使華南降水增加，華北降水減少。但是，也有不少研究認(rèn)為BC的直接輻射強(qiáng)迫使陸地表面變冷，海陸熱力對(duì)比減小，從而使亞洲季風(fēng)減弱（孫家仁和劉煜，2008，Liu et al.，2009）。此外，Wang（2004）的研究表明BC對(duì)降水的影響具有很大的不確定性，但總體是使云量增多。這與Ackerman et al.（2000）的結(jié)論正好相反，他們認(rèn)為BC是使熱帶云減少的。這個(gè)矛盾可能與BC的半直接效應(yīng)有關(guān)。Zhang et al.（2009）在考慮碳類氣溶膠的直接和半直接效應(yīng)后，認(rèn)為在中國(guó)南方大氣變暖，云量和降水減少，在北方正好相反。這與Menon et al.（2002）僅考慮BC的直接輻射強(qiáng)迫的結(jié)果正好相反。而Wonsick et al.（2014）也認(rèn)為半直接效應(yīng)可能是導(dǎo)致EHP理論與觀測(cè)差異的原因。

綜上所述，雖然有許多關(guān)于氣溶膠輻射強(qiáng)迫與季風(fēng)關(guān)系的研究，但是總體來(lái)說(shuō)，不確定性還是非常高。而華南地區(qū)不僅僅氣溶膠的區(qū)域特征明顯，其氣候特征也很顯著，是南海夏季風(fēng)影響中國(guó)大陸的最前沿。目前對(duì)BC在年際尺度上如何影響南海夏季風(fēng)研究得較少，還沒(méi)有清晰的圖像。本文利用重建的華南區(qū)域BC濃度資料，分析其與南海夏季風(fēng)在年際尺度上的關(guān)系，并理解其相關(guān)的機(jī)制。

1 資料與方法

使用的資料包括重建的逐年華南大陸B(tài)C濃度序列（廖碧婷，2012）、逐月NCEP-NCAR再分析風(fēng)場(chǎng)、溫度場(chǎng)和云強(qiáng)迫的短波輻射資料（水平分辨率2.5°×2.5°，Kalnay et al.，1996）、逐月的CMAP降水資料（水平分辨率2.5°×2.5°，Xie and Arkin，1997）、擴(kuò)展重建的海表溫度資料ERSST.V4（水平分辨率2.0°×2.0°，Smith and Reynolds，2004;Smith et al.，2008）和CPC基于觀測(cè)分析的全球逐日降水資料（水平分辨率0.5°×0.5°，Xie et al.，2007;Chen et al.，2008）。此外，日本再分析JRA-25的風(fēng)場(chǎng)資料（水平分辨率1.25°×1.25°，Onogi et al.，2007）用于對(duì)比驗(yàn)證。資料時(shí)間長(zhǎng)度都是1988—2010年。其中重建的逐年華南大陸B(tài)C濃度序列使用的樣本有125組，采樣點(diǎn)分布在華南大陸及南海北部，最南端在永興島，最北端在番禺;對(duì)比分析顯示出重建的逐年華南大陸B(tài)C濃度序列與珠三角一些城市（廣州、深圳、香港、珠海等）的觀測(cè)結(jié)果相近（廖碧婷，2012）。由于采樣的時(shí)間段大多在南海夏季風(fēng)爆發(fā)前（超過(guò)80%），因此，本文利用重建的逐年華南大陸B(tài)C濃度序列分析季風(fēng)爆發(fā)前BC對(duì)大氣環(huán)流的調(diào)制作用，進(jìn)而影響南海夏季風(fēng)強(qiáng)度的思路是可行的。

本文中的春季是指北半球春季3—5月（MAM），夏季指北半球夏季6—8月（JJA）。南海夏季風(fēng)指數(shù)定義為南海區(qū)域（105°～120°E，5°～20°N）夏季平均850 hPa風(fēng)場(chǎng)在西南方向的投影（Zheng et al.，2009）。主要研究方法為滑動(dòng)相關(guān)和合成分析。由于計(jì)算相關(guān)的變量都包含有明顯的趨勢(shì)變化時(shí)，相關(guān)特征可能被夸大或者縮?。ㄊ┠艿?，2007），因此本研究中各變量分別進(jìn)行去線性趨勢(shì)處理。11 a滑動(dòng)相關(guān)計(jì)算如下：

Ct=Cor[（At-5，At-4，…，At+4，At+5）， （Bt-5，Bt-4，…，Bt+4，Bt+5）]，t=6，7，…，（n-5）。

其中：C為相關(guān)系數(shù);Cor[A，B]是兩個(gè)變量的相關(guān)計(jì)算;A和B代表變量;t為時(shí)間;n為變量時(shí)間長(zhǎng)度。

本文還使用了NCAR的CAM5模式對(duì)相關(guān)過(guò)程進(jìn)行了2組模擬試驗(yàn)，第1組參考試驗(yàn)（CTL）：考慮全球各種氣溶膠排放（IPCC AR5排放源）的直接與間接氣候效應(yīng)的試驗(yàn);第2組敏感性試驗(yàn)（CTL-noBC）：中國(guó)區(qū)域無(wú)BC排放，其他與參考試驗(yàn)一致。模式積分了13 a，輸出都是月平均值，已刪去了第一年的積分結(jié)果。

2 華南BC濃度與南海夏季風(fēng)的關(guān)系

圖1顯示的是華南BC濃度與南海夏季風(fēng)指數(shù)時(shí)間序列。由圖1a可見(jiàn)，在2000年之前，華南BC濃度年際變率的周期約為8 a，而2000年之后的年際變率周期明顯變短，僅為4 a左右。相比較而言，南海夏季風(fēng)主要以年代變率（10 a左右周期）為主，但是依然存在年際變率。從小波分析（圖2a）可以看到，華南BC濃度在2000年之前確實(shí)存在6～8 a的顯著年際變率，而之后的周期雖然沒(méi)有通過(guò)置信度為95%的顯著性檢驗(yàn)，但是也顯示出向短周期的擴(kuò)展。而南海夏季風(fēng)變率確實(shí)也是以10～12 a的年代周期為主（圖2b），年際周期并沒(méi)有通過(guò)置信度為95%的顯著性檢驗(yàn)。

華南BC濃度與南海夏季風(fēng)11 a滑動(dòng)相關(guān)（圖3）顯示，兩套再分析資料的南海夏季風(fēng)指數(shù)與華南BC濃度的關(guān)系都經(jīng)歷了一個(gè)突變的過(guò)程，從顯著負(fù)相關(guān)變?yōu)檎嚓P(guān)，即從高氣溶膠濃度弱季風(fēng)轉(zhuǎn)變?yōu)楦邭馊苣z濃度強(qiáng)季風(fēng)。但是因?yàn)槭腔瑒?dòng)相關(guān)，并不能確定具體的突變年份，但有一個(gè)時(shí)間范圍，即1997—2007年。結(jié)合圖1可以看到，在2000年之前二者的變化趨勢(shì)基本是相反的，而之后則基本相同。由此，分時(shí)間兩段進(jìn)行分析，即1988—1999年為第一時(shí)間段，2000—2010年為第二時(shí)間段。

南海夏季風(fēng)指數(shù)是緯向風(fēng)和經(jīng)向風(fēng)的組合，分別將華南BC濃度與它們進(jìn)行滑動(dòng)相關(guān)分析，得到圖4。從圖4a、c可以看到，不論是NCEP/NCAR還是JRA-25再分析的緯向風(fēng)與BC的關(guān)系同樣都經(jīng)歷了與季風(fēng)指數(shù)相同的突變。經(jīng)向風(fēng)與BC的關(guān)系雖然也有變化，但是兩套資料正好相反。NCEP/NCAR再分析資料的經(jīng)向風(fēng)與BC的關(guān)系是不顯著變的顯著正相關(guān)，而JRA-25資料則是從顯著正相關(guān)變?yōu)闆](méi)有顯著相關(guān)。綜合來(lái)看，BC與南海夏季風(fēng)關(guān)系的變化可能主要來(lái)自于緯向風(fēng)與BC關(guān)系的變化。因此，以下重點(diǎn)分析BC對(duì)緯向風(fēng)的影響，主要使用NCEP-NCAR再分析資料。

3 可能機(jī)制分析

通過(guò)合成方法分析BC和南海夏季風(fēng)的關(guān)系發(fā)生突變的原因。與BC相關(guān)的850 hPa水平二維風(fēng)場(chǎng)和氣溫異常分布如圖5所示。從圖5a第一時(shí)間段春季合成可以看到，華南地區(qū)高BC濃度對(duì)應(yīng)850 hPa溫度負(fù)異常，溫度負(fù)異常激發(fā)了異常反氣旋，而異常反氣旋在南海區(qū)域即有東風(fēng)異常。而春季南海/西北太平洋盛行東北風(fēng)，因此BC引起的異常東風(fēng)增大了全風(fēng)速，從而使南海/西北太平洋的海溫降低（圖6a）。通過(guò)溫度平流和海溫的感熱通量作用，南海/西北太平洋的氣溫也是降低的（圖5a）。到夏季，南海地區(qū)盛行西南風(fēng)，BC引起的異常東風(fēng)減小了全風(fēng)速，海溫開(kāi)始增暖，從而在異常東風(fēng)區(qū)域出現(xiàn)了異常暖海溫（圖7a），同樣，通過(guò)溫度平流和海溫的感熱通量作用，南海/西北太平洋也有氣溫變暖的區(qū)域（如圖5b）。此外，春季增大的全風(fēng)速使海洋向上的潛熱通量增大，水汽增多，降水增大（圖6b）;夏季則正好相反（圖7b）。第二時(shí)間段BC相關(guān)的華南區(qū)域溫度為正異常，所以相關(guān)的過(guò)程與第一時(shí)間段正好相反。

為什么高BC濃度在第一時(shí)間段和第二時(shí)間段有不同的溫度異常響應(yīng)？從圖6b、d看到，在第一時(shí)間段和第二時(shí)間段高BC濃度對(duì)應(yīng)的華南地區(qū)降水異常也是不同的，第一時(shí)間段降水偏少，而第二時(shí)間段偏多。有研究認(rèn)為黒碳?xì)馊苣z的直接輻射效應(yīng)是減少降水的（Ramanathan et al.，2005;Gu et al.，2006;張華等，2008），這是因?yàn)槠湮仗?yáng)輻射加熱了大氣，同時(shí)使地面冷卻，從而增強(qiáng)了大氣穩(wěn)定度。也有研究認(rèn)為BC的直接效應(yīng)加熱大氣，使大氣變得不穩(wěn)定，對(duì)流加強(qiáng)，從而降水增多（Menon et al.，2002;Liu et al.，2010）。李建云等（2009）的數(shù)值模擬研究指出雖然中國(guó)大部分地區(qū)由于黑碳?xì)馊苣z的直接輻射效應(yīng)而降水減少，但是華南是增多的。這個(gè)矛盾可能源于BC的分布差異。

結(jié)合圖5b和圖6d可以看到，第二時(shí)間段春季的高BC濃度對(duì)應(yīng)氣溫正異常，降水偏多。這可能是BC的直接輻射強(qiáng)迫的作用。而第一時(shí)間段春季高BC濃度對(duì)應(yīng)氣溫負(fù)異常并不能用直接效應(yīng)來(lái)解釋。為此，比較兩個(gè)階段的云強(qiáng)迫的向下短波輻射通量，如圖8。從圖8a可以看到，第一時(shí)間段華南地區(qū)云強(qiáng)迫的表面向下短波輻射通量是減小的，而第二時(shí)間段相反，是增加的。這里的輻射強(qiáng)迫與溫度異常有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。但是云輻射強(qiáng)迫與華南降水異常似乎有矛盾。即第一時(shí)間段華南降水偏少，但是云量卻是增多，有負(fù)的輻射強(qiáng)迫;而第二時(shí)間段華南降水偏多，云量減少，有正的輻射強(qiáng)迫。進(jìn)一步統(tǒng)計(jì)兩個(gè)階段華南春季降水日，如圖9所示。

第一時(shí)間段雖然華南春季降水是減少的，但是雨日卻是增多了，因此云量增多，表面向下的太陽(yáng)輻射是減少的。相反地，第二時(shí)間段的華南春季降水是增多，但是雨日減少，對(duì)應(yīng)的云量減少，向下的太陽(yáng)輻射增大。從圖9還可以看到，第一時(shí)間段降水量的減少是由于大雨以上的降水減少，而小雨日增多;而第二時(shí)間段大雨以上降水明顯增多，雖然雨日偏少，但平均降水量依然偏多。綜上可知，第一時(shí)間段BC的氣候效應(yīng)可能以間接效應(yīng)為主，而第二時(shí)間段則是以直接效應(yīng)為主。

利用數(shù)值模式來(lái)進(jìn)行機(jī)理驗(yàn)證。模式雖然不能模擬出華南BC濃度與南海夏季風(fēng)相關(guān)的年代際變化，但是對(duì)于BC增大的背景下（CTL試驗(yàn)相對(duì)于CTL-noBC），南海夏季風(fēng)強(qiáng)度也有差異。分別將BC增大背景下，南海夏季風(fēng)減弱和增強(qiáng)的年份進(jìn)行合成分析，分別代表第一時(shí)間段和第二時(shí)間段。從圖10可以看到，當(dāng)華南BC濃度增大南海夏季風(fēng)強(qiáng)度變小時(shí)，華南及南海北部（105°～120°E，15°～25°N）低層氣溫是降低的，對(duì)應(yīng)的是緯向東風(fēng)異常;而華南BC濃度增大南海夏季風(fēng)強(qiáng)度變大時(shí)，相關(guān)的異常正好反號(hào)。這與前面的分析相同。

圖11顯示了華南春季云的垂直結(jié)構(gòu)和云中BC含量比例的垂直分布，可以看到，當(dāng)華南BC濃度增大南海夏季風(fēng)強(qiáng)度變小時(shí)，低云的云量增大而高云的云量減?。▓D11a）。這表明小雨增多而大雨減少，而低云也有更長(zhǎng)的生命期。這與前面分析的第一時(shí)間段雨量減小但是雨日增多是一致的。圖11b顯示華南BC濃度增大南海夏季風(fēng)強(qiáng)度變小時(shí)，低云中BC含量的比例增大。此外，相應(yīng)的云水?dāng)?shù)密度也是增大的（圖略）。由此可見(jiàn)，當(dāng)華南BC濃度增大而南海夏季風(fēng)強(qiáng)度變小時(shí)，BC的間接效應(yīng)起了重要作用，更多的BC進(jìn)入到云中，延長(zhǎng)了云的生命期，從而減少了到達(dá)地面的輻射。相反，當(dāng)華南BC濃度增大而南海夏季風(fēng)強(qiáng)度變小時(shí)，大氣中BC比例更大，而云的生命期相對(duì)變短，因此BC的直接效應(yīng)起了更重要的作用。

4 結(jié)論與討論

BC對(duì)季風(fēng)降水和環(huán)流的影響雖然已有很多研究，但是多是關(guān)注南亞季風(fēng)和東亞副熱帶季風(fēng)，而且得到的結(jié)論并不一致，有的甚至相反，這充分表明了BC對(duì)季風(fēng)影響的復(fù)雜性。南海夏季風(fēng)是影響中國(guó)大陸最重要的熱帶季風(fēng)系統(tǒng)，本文利用重建的華南BC濃度資料，分析年際尺度上BC對(duì)南海夏季風(fēng)的影響。綜合前面的分析結(jié)果，主要得到以下幾點(diǎn)結(jié)論：

1）華南BC濃度與南海夏季風(fēng)的關(guān)系在2000年前后出現(xiàn)突變，從顯著負(fù)相關(guān)變?yōu)轱@著正相關(guān)。相關(guān)的降水日數(shù)也發(fā)生了變化：降水日和小雨日在2000年之后減少，但是大雨以上降水日明顯增多。

2）第一時(shí)間段高BC濃度弱南海夏季風(fēng)的影響機(jī)制：春季高BC濃度通過(guò)間接氣候效應(yīng)，使云粒子半徑減小，抑制降水，增加了云的生命期，從而使到達(dá)地面的短波輻射減少，表面和低層大氣降溫。負(fù)溫度異常激發(fā)了異常反氣旋，在南海區(qū)域即有東風(fēng)異常。由于風(fēng)-蒸發(fā)作用，春季南海/西北太平洋海溫降低，但是降水增多。到夏季，東風(fēng)異常減弱了季風(fēng)強(qiáng)度，風(fēng)-蒸發(fā)作用使南海/西北太平洋的東風(fēng)異常區(qū)海溫升高，同時(shí)抑制了南海地區(qū)的降水，如圖12所示。

3）第二時(shí)間段高BC濃度強(qiáng)南海夏季風(fēng)的影響機(jī)制：春季高BC濃度通過(guò)直接氣候效應(yīng)，增暖大氣，加強(qiáng)降水，但是雨日減少，從而使到達(dá)地面的短波輻射增多，表面和低層大氣增溫。正溫度異常激發(fā)了異常氣旋，在南海區(qū)域即有西風(fēng)異常。由于風(fēng)-蒸發(fā)作用，春季南海/西北太平洋海溫升高，但是降水減少。到夏季，西風(fēng)異常增大了季風(fēng)強(qiáng)度，風(fēng)-蒸發(fā)作用使南海/西北太平洋的東風(fēng)異常區(qū)海溫降低，同時(shí)增強(qiáng)了南海地區(qū)的降水，如圖13所示。

在2000前后，華南BC的主要?dú)夂蛐?yīng)發(fā)生變化，從間接效應(yīng)為主轉(zhuǎn)變?yōu)橹苯有?yīng)為主，導(dǎo)致了它們與南海夏季風(fēng)的關(guān)系也發(fā)生了變化，從顯著負(fù)相關(guān)變?yōu)轱@著正相關(guān)。BC主要?dú)夂蛐?yīng)的變化可能與云的特征屬性發(fā)生變化有關(guān)。有研究表明，雖然地面氣溶膠濃度增加可改變?cè)频拇怪苯Y(jié)構(gòu)和降水發(fā)生的概率，但是它依賴于云水的含量和相態(tài)（Li et al.，2011;陸春松等，2021）。這說(shuō)明如果云中水含量或相態(tài)發(fā)生氣候突變，那么BC對(duì)云的影響也會(huì)發(fā)生變化，從而導(dǎo)致BC主要?dú)夂蛐?yīng)的改變。

從模式模擬來(lái)看，目前很難模擬到這種突變現(xiàn)象，但是對(duì)于某一階段的模擬還是有效的。例如，李建云等（2009）使用區(qū)域氣候模式RegCM3模擬的BC直接效應(yīng)確實(shí)使華南大雨以上降水日增多，小雨日減少，總體降水偏多。而同樣利用RegCM3模擬的BC間接效應(yīng)則有地面降溫和降水減小的結(jié)果（莊炳亮等，2009）。這些與本文不同階段的結(jié)果相同。如果不區(qū)分直接效應(yīng)和間接效應(yīng)，模式中黑碳?xì)馊苣z的增加將使春季南海地區(qū)出現(xiàn)東風(fēng)異常，華南降水增加，但是華南地區(qū)表面氣溫上升，反氣旋異常主要在南海區(qū)域，華南為氣旋性環(huán)流異常（胡海波等，2011）?？梢?jiàn)，模擬的結(jié)果與觀測(cè)的兩個(gè)階段都不完全相同，似乎是兩個(gè)階段的混合。如果不找到控制BC主要?dú)夂蛐?yīng)的因子，很難在模式中模擬到BC與南海夏季風(fēng)關(guān)系的這種變化。

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Interdecadal change in the relationship between black carbon aerosol over southern China and South China Sea summer monsoon

ZHENG Bin1，2，HUANG Yanyan1，2，GU Dejun1，2，LIN Ailan1，2，LI Chunhui1，2

1Guangzhou Institute of Tropical and Marine Meteorology，China Meteorological Administration，Guangzhou 510641，China;

2Guangdong Provincial Key Laboratory of Regional Numerical Weather Prediction，Guangzhou 510641，China

In this study，a set of reconstructed black carbon （BC） data is used to analyze the relationship between BC over southern China （SC） and the South China Sea （SCS） summer monsoon （SCSSM） on the interannual time scale.An abrupt change of the relationship appears at around 2000.Before 2000，there is a negative correlation between them，namely larger BC concentration corresponding to weaker SCSSM，while positive correlation begins in 2000.By means of composite and contrast analyses，it is found that a major climate effect of BC over SC is attributed to the indirect radiative forcing during the first period （1988—1999）：Namely，the reduced cloud particle radiuses related to BC over SC suppress the spring precipitation，yet increase the cloud lifetime，which decreases the amount of solar radiation，thus leading to a cooling at the surface and in the lower atmosphere.The negative air temperature anomalies excite an anomalous anticyclone with easterly anomalies over the SCS.In summer，the anomalous easterlies weaken the SCSSM and decrease the precipitation over the SCS.During the second period （2000—2010），the main BC climate effect is direct radiative forcing：The warmer atmosphere associated with the larger BC concentration enhances the spring precipitation，while decreasing the number of rain days，which in turn increases the amount of solar radiation，thus leading to a greater warming at the surface and in the lower atmosphere.The positive air temperature anomalies excite an anomalous cyclone with westerly anomalies over the SCS.In summer，the anomalous westerlies enhance the SCSSM and the precipitation over the SCS.

black carbon aerosol;South China Sea summer monsoon;direct effect;indirect effect;South China

doi：10.13878/j.cnki.dqkxxb.20191108012

（責(zé)任編輯：劉菲）