Original paper

Direct radiative effect of aerosols over East Asia with a Regional coupled Climate/Chemistry model

Han, Zhiwei

Meteorologische Zeitschrift Vol. 19 No. 3 (2010), p. 287 - 298

published: Jun 1, 2010

DOI: 10.1127/0941-2948/2010/0461

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Abstract

Tropospheric chemistry and aerosol processes have recently been incorporated into a Regional Integrated Environmental Model System (RIEMS) to study direct radiative effect of aerosols (DRE) over East Asia where intense human activity and continuous economic growth occur. Five aerosol components (sulfate, black carbon, organic carbon, soil dust and sea salt) and their relevant processes affecting distribution (emission, transport, diffusion, deposition, chemistry etc.) are added into RIEMS, with gas phase chemistry represented by CB-IV mechanism. The study periods are March, July, October and December 2006, generally representing 4 typical seasons in East Asia. The modeled monthly average aerosol optical depth (AOD) is generally consistent with MISR retrievals, although the model tends to underpredict AOD in some regions. The AOD distribution was characterized by high values in eastern China and deserts of western China, and AOD in winter is apparently lower than that in other seasons. The DRE show apparent seasonal variation, with maximum surface cooling in March and minimum surface cooling in winter, but maximum Top Of the Atmosphere (TOA) cooling in July and minimum TOA cooling in winter. The light TOA heating in March under all-sky condition is due to both the abundant absorbing aerosol and the enhanced heating effect by cloud. The DRE averaged over the study domain and the four periods under all-sky condition are −6.2 W m−2 at the surface and −0.2 W m−2 at TOA, respectively, over East Asia.

Kurzfassung

Troposphärische Chemie- und Aerosolprozesse sind kürzlich in das Regionale Integrierte Umweltmodell-System RIEMS eingebaut worden, um den direkten Strahlungsantrieb (DRE) durch Aerosol über Ostasien, wo starkes Bevölkerungs- und Wirtschaftswachstum stattfindet, zu berechnen. Es wurden fünf Aerosol-Komponenten (Sulfate, schwarzer Kohlenstoff, organischer Kohlenstoff, Staub und Seesalz) in RIEMS eingefügt, wobei die Gasphasenchemie durch den CB-IV-Mechanismus beschrieben wird. Die Monate März, Juli, Oktober und Dezember 2006 werden als für die vier Jahreszeiten Ostasiens typische Zeiträume untersucht. Die modellierten Monatsmittel der aerosol-optischen Dicke (AOD) stimmen generell mit MISR-Daten überein, obwohl das Modell zu einer Unterschätzung in einigen Gebieten neigt. Die AOD-Verteilung war durch hohe Werte in Ostchina und den Wüsten Westchinas gekennzeichnet, wobei die Winterwerte die niedrigsten waren. Der direkte Strahlungsantrieb zeigt jahreszeitliche Variationen mit einem Maximum im März und einem Minimum im Winter am Boden gegenüber einem Maximum im Juli und einem Minimum im Winter am Oberrand der Atmosphäre (TOA). Die leichte Erwärmung am Atmosphärenoberrand im März unter all-sky-Bedingungen ist sowohl auf absorbierendes Aerosol als auch auf den Erwärmungseffekt durch Wolken zurückzuführen. Gemittelt über das ostasiatische Untersuchungsgebiet und alle vier Jahreszeiten liegt der direkte Strahlungsantrieb zwischen −6,2 W m−2 am Boden und −0,2 W m−2 am Atmosphärenoberrand.