气候系统对CO_2强迫和太阳辐射强迫在不同时间尺度的响应

使用Had CM3L气候模式,针对突然增加的4倍CO_2浓度和增加4%的太阳辐射强迫进行一系列理想化模拟试验,分析并比较了CO_2强迫和太阳辐射强迫对气候系统的影响机制和异同。模拟结果表明,突然增加的4倍CO_2浓度和增加4%的太阳辐射造成的长期全球表面平均温度变化基本相同,但二者造成降水的变化差异很大。气候系统对CO_2和太阳辐射的响应可以分为快响应和慢响应两个部分,而降水的差异主要体现在大约1个月时间尺度内的快响应阶段,在这一时间段,陆地区域CO_2的气孔效应减少了植被的蒸腾作用,导致降水受到抑制;海洋区域CO_2的辐射效应会首先导致大气长波吸收增强,而海洋的比热较大,所以海表温度变化落后于低层大气,低层大气的垂直稳定度增加,海表向上蒸发受到抑制。此外,比较不同时间尺度上CO_2对气候系统的影响,可以发现在1个月的短时间尺度上,对陆地而言,CO_2的气孔效应对气候系统的影响占主导地位,但在数年以上更长的时间尺度上,CO_2的辐射效应是导致地气系统温度升高的主要原因。

大气CO_2浓度非均匀动态分布条件下的气候模拟

利用现有大气本底站的大气CO2浓度观测信息,综合考虑不同经济区划与土地覆盖类型对应的CO2浓度差异及其季节变化规律,构建模式区域内以月为单位的网格化大气CO2浓度非均匀动态分布数据模型.由此数据模型驱动RegCM4-CLM3.5区域气候模式运行,对东亚区2000年3月—2009年2月之间的气候变化特征进行了模拟,进而对大气CO2浓度非均匀动态分布可能引起的区域气候效应进行了初步研究.结果表明:目前气候模式中CO2浓度的常态均匀分布假设可能将温室效应夸大了10%左右.对大气CO2浓度非均匀动态分布影响气温变化的可能机制进行研究表明:CO2的自身效应(改变大气透射率)并不是导致Exp2试验温度降低的主要原因.大气CO2浓度的变化影响了大气与植物胞间CO2分压差,陆地植被通过改变气孔阻力适应这种变化,气孔阻力的变化直接影响到植物与大气间水分的交换,这种作用一方面通过蒸发冷却改变环境温度,另一方面,蒸发水分改变了近地面层湿度,进而水汽扩散到空中影响低云的分布.冬季,植物处于非生长季,对大气CO2浓度变化响应微弱,湿度和低云变化不明显;夏季,植物生长旺盛,由CO2生理学强迫激发的云反馈效应强烈,其效果是使中低云趋于增加,进而减弱了到达对流层低层的太阳短波辐射,造成温室效应减弱.

高超声速飞行器舵轴热控方案设计

某高超声速飞行器中的空气舵舵轴存在5 mm缝隙裸露于外部,承受超高热流密度作用,且总体设计要求舵轴表面不能覆盖防隔热层,为保证舵轴在飞行过程中最高温度不超过700℃,提出了采用CO_2气体强迫对流与舵轴表面镀铜的组合式热控方案。同时兼顾飞行器综合热管理,液态CO_2提供的有效冷量先冷却电子设备,再进入舵轴主动冷却,从而充分利用了CO_2冷量,可同时满足电子设备冷却和舵轴热控的双重需求。计算结果表明,组合式热控方案可以使舵轴在3000 s的飞行过程中表面温度维持在700℃以下,有效地解决了局部超高热流密度轴的热控难题,评估系统代偿约11 kg,从而论证了工程应用的可行性。