N2O 增加對(duì)大氣環(huán)境影響的模擬及其與甲烷和平流層水汽影響的比較

畢 云，許 利，周任君，陳月娟，易明建，鄧淑梅

1 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)地球和空間科學(xué)學(xué)院，合肥 230026

2 安徽省氣象科學(xué)研究所，合肥 230031

1 引 言

N2O 是一種溫室氣體，主要是通過與土壤復(fù)雜的氮化和消氮化機(jī)制相聯(lián)系的細(xì)菌過程而產(chǎn)生的．對(duì)流層里其壽命大約是120年，被東京議定書所約束．N2O 的地表源很多，自然源的排放占多數(shù)，主要是海洋和熱帶雨林．人為源主要是耕作的土壤（氮肥的使用）、家畜和生物質(zhì)燃燒．就目前情形看，人類活動(dòng)的排放是N2O 增加的主要原因，因此更重要的是人為源．N2O 在對(duì)流層充分混合，隨大氣環(huán)流被注入平流層，而且只在平流層中被破壞，生成NO 和NO2．在2001年出版的政府間氣候變化專門委員會(huì)（IPCC）第三次評(píng)估報(bào)告（TAR）中，N2O 是繼CO2，CH4和CFC－12之后具有第四大輻射強(qiáng)迫的長壽命溫室氣體［1］．至2005 年，CO2，CH4，N2O 的平均濃度分別達(dá)到279．1ppmv（ppmv＝10－6），1783ppbv（ppbv＝10－9）和319．2ppbv，比工業(yè)革命之前1750年分 別增加了35．4%，154．7%和18．2%［2］．而1987年蒙特利爾條約簽訂以后，CFC－12的排放得到很好的控制，其含量已經(jīng)慢慢下降．按目前的趨勢(shì)，N2O 的輻射強(qiáng)迫位居第三［3］．2000年 以 后CH4含量年增長率在0附近徘徊，主要表現(xiàn)為年際變化，但CO2和N2O 一直是持續(xù)增加．1998年N2O 的地面含量是314ppbv，至2005年已經(jīng)達(dá)到319ppbv，其含量幾乎是線性增加（大約為0．2%yr－1）［3］．雖然目前CO2是溫室效應(yīng)最大的貢獻(xiàn)者，但CH4和N2O 的百年全球增溫潛能分別是CO2的200 和300倍．雖然CO2在平流層大氣熱收支中起著核心作用，但在平流層化學(xué)中并不重要．CH4含量的增加往往有利于平流層O3恢復(fù)，而N2O 是平流層NO 和NO2的主要來源，其增加通常造成平流層O3的損耗，因此世界氣象組織（WMO）在O3的評(píng)估中要評(píng)價(jià)N2O 的變化．值得注意的是，蒙特利爾條約沒有限制N2O 排放．最新的研究表明［4］，在目前，人類活動(dòng)造成的N2O 排放是唯一最重要的O3損耗物質(zhì)，預(yù)期在整個(gè)21世紀(jì)N2O 排放都將保持最大．將來有限制的N2O 排放將會(huì)增進(jìn)O3層的恢復(fù)，也會(huì)減少人類活動(dòng)對(duì)氣候系統(tǒng)的強(qiáng)迫，意味著O3和氣候的雙贏．當(dāng)然，關(guān)于人類活動(dòng)造成的N2O 增長，以及N2O 和NOX增加對(duì)平流層O3影響的定量結(jié)果還存在不確定性，尚需要更多的觀測資料和與它們有關(guān)的一系列光化學(xué)反應(yīng)的深入理論研究［5］．

近十幾年來，我國也陸續(xù)建立了一些溫室氣體（CO2，CH4，N2O）監(jiān)測站，包括天津近海、中國東北淡水沼澤濕地、內(nèi)蒙古典型草地和西北地區(qū)等，積累了一些觀測資料，可以用以分析這些溫室氣體的日變化、季節(jié)變化、周邊工農(nóng)業(yè)發(fā)展以及天氣變化對(duì)這些溫室氣體的影響［6－8］．但國內(nèi)學(xué)者對(duì)于CH4和N2O 增加對(duì)溫度和O3的潛在影響很少分析［9］．國外學(xué)者模擬溫室氣體的氣候效應(yīng)時(shí)往往把CO2、CH4、N2O 以及CFCs等作為一個(gè)整體，很少單獨(dú)分析CH4和N2O 對(duì)大氣環(huán)境和氣候的影響［10－11］．Bi等［12－13］曾利用美國國家大氣環(huán)境中心（NCAR）的二維模式（SCORATES）模擬分析了大氣CH4和平流層水汽增加對(duì)大氣環(huán)境和溫度的影響．因此本文還是采用這個(gè)二維模式來進(jìn)行N2O 增加的數(shù)值模擬研究，并能與甲烷和平流層水汽增加的模擬結(jié)果進(jìn)行對(duì)比．文中第2 部分簡要介紹了SOCRATES模式，第3部分是N2O 增加模擬試驗(yàn)結(jié)果分析，第4部分與甲烷和水汽增加對(duì)大氣環(huán)境影響進(jìn)行對(duì)比，第5部分是結(jié)論．

2 SCORATES模式簡介

NCAR的SOCRATES（Simulation of Chemistry，Radiation，and Transport of environmentally important Species）模式，是一個(gè)用來研究對(duì)環(huán)境問題有重要作用的微量氣體的化學(xué)、輻射和動(dòng)力輸送的二維模式，主要用于研究中層大氣．模式垂直方向從地面到120km，分辨率1km，采用對(duì)數(shù)氣壓高度作為垂直坐標(biāo)．經(jīng)向從85°S—85°N，分辨率5°．下邊界固定于2km．模式的化學(xué)部分，考慮了76 種化學(xué)元素和160多個(gè)化學(xué)反應(yīng)．輻射部分對(duì)于太陽輻射加熱和紅外輻射加熱的考慮都很細(xì)致．動(dòng)力學(xué)框架采用變形歐拉方程，風(fēng)場變量本身就是剩余速度，便于分析動(dòng)力作用對(duì)微量氣體的輸送．模式在運(yùn)行中，熱力學(xué)和化學(xué)傳輸方程的時(shí)間步長是可變的，默認(rèn)運(yùn)行中取1天．輻射過程時(shí)間步長固定為5天．行星波的模式積分也可采用不同的時(shí)間步長，默認(rèn)是1天．為了更好地描述化學(xué)成分的日變化，未受動(dòng)力傳輸影響的化學(xué)方程，白天夜間各4個(gè)時(shí)間步長作積分，為了解決晝夜和夜晝的過渡，日出和日落時(shí)段分為更短的時(shí)間間隔，因此每天有14個(gè)時(shí)間步長作積分．

SOCRATES雖然是二維模式，但是通過多次的改進(jìn)，在行星波、重力波和潮汐波的參數(shù)化以及QBO 的參數(shù)化等方面得到了完善，能夠較好地模擬中層大氣中對(duì)環(huán)境問題有重要作用的微量氣體的化學(xué)、輻射和動(dòng)力輸送的相互耦合過程．Gruzdev 和Brasseur［11］曾利用這個(gè)模式模擬了中間層大氣對(duì)過去50年來溫室氣體濃度變化的熱力學(xué)和化學(xué)響應(yīng)．Lee和Smith［14］利用此模式分析了太陽循環(huán)、準(zhǔn)兩年周期振蕩（QBO）和火山噴發(fā)對(duì)近10年來平流層O3變化的影響．Khosravi等［15］用該模式研究了人類活動(dòng)和太陽變化對(duì)中間層大氣的影響．Evans等［16］利用它模擬過平流層臭氧對(duì)水汽增加的敏感性．此模式多次被用來研究熱帶平流層風(fēng)場QBO對(duì)平流層微量氣體變化的影響［17－20］．本文對(duì)模式的輻射、動(dòng)力和化學(xué)過程不再贅述．

3 模擬試驗(yàn)及結(jié)果分析

本次試驗(yàn)包含一個(gè)控制試驗(yàn)和一個(gè)N2O 增加試驗(yàn)，控制試驗(yàn)對(duì)應(yīng)1990年代的大氣環(huán)境條件，積分10年．據(jù)IPCC（2007）報(bào)道，1990年代以后N2O的年增加率約為0．2%，因此本文設(shè)計(jì)了這樣一個(gè)N2O 增加試驗(yàn)：假定大氣本底N2O 的含量有一個(gè)10年的增加（即2%），將模式中地面N2O 的體積混合比增加2%，其它高度處濃度不變，積分10年．從模擬的第5年起，模式運(yùn)行已經(jīng)相當(dāng)穩(wěn)定，取第5～10模擬年的平均進(jìn)行分析，并與同期控制試驗(yàn)對(duì)比．

3．1 N2O 增加引起的O3 變化及原因

圖1a是N2O 增加試驗(yàn)中年平均N2O 體積混合比相對(duì)于控制試驗(yàn)的變化，即N2O 增加試驗(yàn)與控制試驗(yàn)的差值．圖1a表明，當(dāng)大氣下邊界處N2O 混合比增加了2%后，整個(gè)對(duì)流層里N2O 的增量都為2%．當(dāng)N2O 隨大氣環(huán)流被輸送到平流層后，受動(dòng)力過程和化學(xué)過程的影響，平流層里N2O 的增量分布并不均勻．大部分地區(qū)增量約為2%，但在北半球高緯地區(qū)其變化可達(dá)3%～4%，甚至?xí)p少．圖1b是N2O 增加引起的年平均O3體積混合比變化百分比．圖1b表明，30km 以下大部分地區(qū)O3增加，下平流層中低緯地區(qū)O3增加約0．1%～0．2%，對(duì)流層增量較小．大約30km 以上O3減少約0．1%～0．5%，30～40km 減少較多，35km 附近減少最多．30～40km 附近，北半球中高緯地區(qū)O3含量的減少比南半球多．臭氧主要分布在平流層大氣中，極大值在30～35km 之間．N2O 增加引起的O3損耗正好位于O3層附近，對(duì)平流層臭氧恢復(fù)極為不利．N2O在對(duì)流層很穩(wěn)定，當(dāng)隨大氣環(huán)流進(jìn)入平流層后，很快與激發(fā)態(tài)氧原子O（1D）發(fā)生反應(yīng)，生成NO（反應(yīng)式R1）．而NO 不穩(wěn)定，通過反應(yīng)式R2和R3，最終催化破壞O3．Crutzen［21］通過觀測和計(jì)算影響大氣臭氧平衡的一系列光化學(xué)成分，認(rèn)為R2 和R3 在35～45km附近最有效．圖1c，圖1d表明，N2O 增加引起的NO 和NO2增加主要在平流層20km 以上，其增量分別約為1%～3%和1%～2%．由于R3和R4通常相伴隨發(fā)生，R3對(duì)臭氧破壞具有決定性作用．下平流層O3增加主要考慮化學(xué)反應(yīng)R4和R5，它們?cè)谄搅鲗酉虏亢蛯?duì)流層上部很重要，會(huì)產(chǎn)生奇氧，是臭氧的重要源．NO2一方面可以通過R2 生成，另一方面，在平流層下部和對(duì)流層，生成臭氧的循環(huán)還可以由OH 與甲烷和CO 的反應(yīng)激發(fā)（R6—R9），隨后NO 通過中間產(chǎn)物CH3O2和HO2轉(zhuǎn)化為NO2（R10—R11），最后NO2光離解導(dǎo)致O3的形成．圖1e表明，30km 以下NO 增加引起CH3O2減少和NO2增加，而NO2增加伴隨著化學(xué)反應(yīng)R4，引起O（3P）增加（圖1f），進(jìn)而引起O3增加．在下平流層和對(duì)流層頂附近還必須考慮到氫基（HO2）對(duì)O3的破壞（R12）．R11表明，NO 會(huì)破壞HO2，HO2減少相應(yīng)地引起O3增加（R12）．分析表明下平流層HO2減少（圖略），引起了O3增加．在氮的硝化和去硝化過程中，一部分氮以N2O 的形式而不是以N2的形式排放到大氣中．因?yàn)镹2O 提供了中層大氣中NO 的主要來源，氮肥的使用最終加速了O3的破壞（R2—R3）．值得注意的是，R2—R3 是一個(gè)催化循環(huán)過程，NO 促使O3破壞，同時(shí)又被產(chǎn)生，并不出現(xiàn)NO 的消耗．每一個(gè)平流層NO 分子在它的平流層壽命期間，可以催化破壞大約1×1012～1×1013個(gè)O3分子［22］．因此大氣中NO 的可能擾動(dòng)會(huì)對(duì)O3層帶來明顯的影響．

圖1 N2O 增加試驗(yàn)與控制試驗(yàn)的差異（單位：% ）（a）N2O，（b）O3，（c）NO，（d）NO2，（e）CH3O2，（f）O（3P）．Fig．1 Difference between N2O－increase and control experiments（unit：%）

3．2 N2O 增加引起大氣溫度的變化及其原因

圖2 是N2O 增加試驗(yàn)與控制試驗(yàn)的差值，圖2a—2d分別對(duì)應(yīng)溫度、太陽輻射加熱率、長波輻射冷卻率和凈輻射加熱率．圖2a表明N2O 增加導(dǎo)致平流層中至上層降溫，最大降溫在35～40km，可達(dá)0．07K；35～45km 附近北半球中高緯地區(qū)降溫大于南半球；下平流層中低緯地區(qū)和對(duì)流層升溫，約為0．0001～0．0002K．溫度變化的原因主要考慮輻射過程．圖2b表明，30km 以上太陽輻射加熱率減少，將引起降溫；30km 以下太陽輻射加熱率增加，相應(yīng)地會(huì)引起升溫．圖2c 表明，30km 以上長波輻射冷卻率減少，將引起升溫；15～30km 長波輻射冷卻率增加，引起降溫；15km 以下長波輻射冷卻率減少，引起升溫．15km 以上長波輻射冷卻率的變化與太陽輻射加熱率的變化基本一致．圖2d是凈輻射加熱率（太陽輻射加熱率減去紅外輻射冷卻率）的差異．可見，大約30km 以下大部分地區(qū)凈輻射加熱率增加，與這些地區(qū)的升溫變化一致（圖2a）；30km 以上北半球中高緯地區(qū)凈輻射加熱率增加，但這些地區(qū)溫度卻是下降，說明這些地區(qū)的降溫除與輻射變溫有關(guān)外，還與其它過程（如動(dòng)力學(xué)過程對(duì)熱量的輸送）有關(guān)，其余大部分地區(qū)凈輻射加熱率減少，與溫度變化一致．

圖2 N2O 增加試驗(yàn)與控制試驗(yàn)的差異：（a）溫度（單位：K），（b）太陽輻射加熱率（單位：%），（c）長波輻射冷卻率（單位：%），（d）凈輻射加熱率（單位：K·d－1）Fig．2 Difference between N2O－increase and control experiments：（a）annual mean temperature（unit：K），（b）solar radiative heating rate（unit：%），（c）infrared radiative cooling rate（unit：%）and（d）net radiative heating rate（unit：K·d－1）

SOCRATES模式中，對(duì)流層太陽輻射加熱率主要考慮水汽、O3、O2、CO2以及氣溶膠等對(duì)太陽輻射的吸收和散射（不涉及光化學(xué)過程），同時(shí)考慮云的影響．平流層17～25km 太陽輻射加熱率由兩部分組成，一是水汽、O3、O2、CO2以及氣溶膠對(duì)太陽輻射的吸收和散射（不涉及光化學(xué)過程），二是O2、O3在紫外波段的吸收，與光化學(xué)過程有關(guān)；26～60km的變化主要考慮O2、O3對(duì)紫外輻射的吸收，同時(shí)可以考慮氣溶膠和云的吸收和散射．0～50 km，長波輻射冷卻主要計(jì)算CO2、H2O、O3、CH4、N2O、CFC11、CFC12和AERO 的吸收和發(fā)射．在N2O 增加試驗(yàn)中，平流層和對(duì)流層太陽輻射加熱率的變化主要是O3改變引起的，O2的影響很?。搅鲗又猩蠈覱3減少，該層吸收的太陽輻射就會(huì)減少，太陽輻射加熱率相應(yīng)減少，而平流層中上層吸收的太陽輻射減少后，平流層下層和對(duì)流層吸收的太陽輻射就要多一些，加之那里O3增加，所以太陽輻射加熱率增加．長波輻射冷卻率的變化主要由N2O 增加、O3變化和溫度變化共同影響所致．在平流層30km以上，長波輻射冷卻率減少不可能是N2O 增加引起，主要是因?yàn)镺3減少和溫度下降所致，長波輻射過程沒有引起降溫，降溫主要是O3減少引起太陽輻射加熱率減少所致．15～30km 長波輻射冷卻率的增加主要是O3和N2O 增加引起，有利于降溫．但這里太陽輻射加熱率的增加大于長波輻射冷卻率的增加，最終溫度有所上升．因此，平流層溫度的變化主要受O3變化控制．對(duì)流層里長波輻射冷卻率減少主要是N2O 增加引起，因?yàn)闇厥覛怏w增加后，不利于長波輻射向空間發(fā)射．這里長波輻射變化和太陽輻射變化都有利于升溫．可見N2O 對(duì)大氣溫度的影響有直接輻射效應(yīng)和間接輻射效應(yīng)，其直接輻射效應(yīng)即溫室效應(yīng)體現(xiàn)在對(duì)流層里，而間接輻射效應(yīng)（通過O3影響溫度）主要在平流層．

3．3 N2O 增加引起的動(dòng)力學(xué)過程的變化

圖2d中凈輻射加熱率變化為正的地方，其降溫不能完全用輻射作用來解釋，還與動(dòng)力學(xué)過程有關(guān)．圖3a，3b給出了N2O 增加試驗(yàn)與控制試驗(yàn)剩余經(jīng)向速度（v＊）和剩余垂直速度（w＊）的差值，表明北半球中高緯度地區(qū)35～45km 附近向極運(yùn)動(dòng)明顯增強(qiáng)，在極地分為兩支，一支向上運(yùn)動(dòng)然后在平流層高層轉(zhuǎn)變?yōu)橄蚰线\(yùn)動(dòng)，最后在中低緯度下沉，這支環(huán)流使原來的剩余環(huán)流減弱；另一支在極地下沉，至平流層中層向南運(yùn)動(dòng)，后在中緯度地區(qū)上升．剩余環(huán)流的變化與溫度變化有關(guān)，反過來也會(huì)影響溫度．35～45km附近的向極運(yùn)動(dòng)有增溫效果，但極地的上升運(yùn)動(dòng)，以及平流層高層和中層的向南運(yùn)動(dòng)都將起到降溫作用，當(dāng)剩余環(huán)流降溫較大時(shí)，輻射過程則轉(zhuǎn)變?yōu)橐种平禍兀Ｓ喹h(huán)流的變化也會(huì)引起微量成分特別是O3分布的改變．由于剩余環(huán)流在平流層中高層北半球中高緯地區(qū)變化最明顯，因此，它對(duì)O3的影響也主要在這里．平流層中層30～40km 附近，北半球中高緯地區(qū)的O3減少量比南半球大（圖1b），這一特征與剩余環(huán)流對(duì)其輸送有關(guān)．可見，大氣中N2O 增加后，通過直接和間接輻射過程（主要與O3有關(guān)）的變化改變了溫度場，溫度場改變后又會(huì)引起流場的改變，流場的改變一方面通過水平和垂直運(yùn)動(dòng)反過來影響溫度場的變化，另一方面又會(huì)引起微量氣體分布（主要是O3）的變化，進(jìn)而引起輻射加熱率的變化．

圖3 N2O 增加試驗(yàn)與控制試驗(yàn)的差異：（a）剩余經(jīng)向速度v＊（單位：m·s－1），（b）剩余垂直速度w＊（單位：10－5 m·s－1）Fig．3 Difference between the N2O increase and control experiments：（a）residual meridional velocity（unit：m·s－1）and（b）residual vertical velocity（unit：10－5 m·s－1）

4 N2O、甲烷和平流層水汽增加引起O3 和溫度變化的差異

對(duì)平流層溫度有重要影響的溫室氣體，主要是CO2、O3和H2O，對(duì)平流層O3有重要影響的微量氣體主要是H2O，CH4和NOx．甲烷是一種重要的溫室氣體，自工業(yè)時(shí)代以來已經(jīng)有了明顯增加，受東京議定書所約束．甲烷也是對(duì)大氣環(huán)境變化有重要作用的微量氣體，通常有兩面性——既保護(hù)大氣又改變大氣．甲烷的負(fù)面影響主要是因?yàn)樗苯釉黾恿藴厥倚?yīng)，這種溫室效應(yīng)的產(chǎn)生有兩種途徑，首先是甲烷吸收紅外輻射，其次甲烷增加會(huì)引起平流層水汽的增加，進(jìn)而加劇了溫室效應(yīng)．甲烷也有有利的一面即在平流層里可以與Cl反應(yīng)，清除Cl從而保護(hù)了O3．水汽是平流層重要的微量成分，也是一種重要的溫室氣體．觀測表明平流層水汽自1980年代以后有明顯增加．平流層水汽的輻射和化學(xué)性質(zhì)都很活躍，是平流層OH 重要來源之一，而OH 是破壞平流層O3的重要物質(zhì)．

大氣中甲烷和平流層水汽增加與N2O 增加對(duì)平流層O3和大氣溫度的影響有差異，為了更具體地比較這種差異，下面給出利用SOCRATES模擬的大氣甲烷含量和平流層水汽增加的結(jié)果．甲烷增加試驗(yàn)中，在積分初始階段將各個(gè)高度和緯度甲烷的體積混合比均增加10%（相當(dāng)于10 年的增量），積分10 年，結(jié)果分析取第4～10 年的平均［12］．圖4a，4b分別是甲烷增加引起大氣O3含量和溫度的改變．圖4a表明甲烷增加10%時(shí)，將使對(duì)流層O3增加1%～3．5%，平流層大部分地區(qū)O3也有所增加但大多低于0．5%，平流層45km 以上O3減少．雖然對(duì)流層O3增加的百分比更大，但由于對(duì)流層O3含量很少，其體積混合比實(shí)際增加量比平流層小得多．圖4b表明，甲烷增加將引起15km 以上平流層降溫而對(duì)流層升溫．文獻(xiàn)［12］分析還表明，平流層降溫主要是因?yàn)榧淄樵黾右鸬钠搅鲗铀蚈3增加導(dǎo)致的長波輻射冷卻率增加所致，它本身的長波輻射冷卻是次要的．

在平流層水汽增加試驗(yàn)中，控制試驗(yàn)運(yùn)行至第7年已經(jīng)相當(dāng)穩(wěn)定，所以從第7年1月開始，在各緯度帶14～46km將水汽混合比逐年均勻增加0．05ppmv（約1%），47～55km 隨高度升高水汽混合比年增加量逐漸減至0，至第25年12月停止．模式運(yùn)行至第13年后已經(jīng)穩(wěn)定，結(jié)果分析取第14～23年的平均［13］．圖5a，5b是平流層水汽增加對(duì)O3和溫度的影響．圖5a表明，平流層水汽增加會(huì)導(dǎo)致平流層20～40km的大部分地區(qū)O3增加，O3損耗主要發(fā)生在40km 以上．平流層水汽增加將導(dǎo)致15km 以上平流層降溫和對(duì)流層升溫（圖5b）．雖然CO2在平流層大氣熱收支中起著核心作用，但在平流層化學(xué)中是不重要的，因?yàn)樗鼪]有反應(yīng)能力．從O3層恢復(fù)的角度看，N2O 的排放對(duì)O3恢復(fù)起著非常重要的作用，這也是WMO 在O3評(píng)估中總要關(guān)注N2O 排放變化的原因．Ravishankara等［4］計(jì)算了N2O 和其它O3損耗物質(zhì)的臭氧破壞潛能（ODP）認(rèn)為，目前人類活動(dòng)造成的N2O排放是最重要的O3損耗物質(zhì)．從對(duì)溫度場的影響看，CO2［23］，CH4，H2O 等增加后下平流層15～25km 通常是降溫，而N2O 增加則會(huì)引起15～25km 中低緯地區(qū)升溫，但升溫幅度較小．

5 結(jié) 論

本文利用NCAR 的二維化學(xué)、輻射和動(dòng)力相互作用的模式（SOCRATES），設(shè)計(jì)了大氣中N2O 增加2%的模擬試驗(yàn)，從化學(xué)、輻射和動(dòng)力過程分析了N2O 增加引起的O3和溫度的變化及原因，并與大氣甲烷和平流層水汽增加對(duì)大氣環(huán)境和溫度的影響進(jìn)行了比較．主要結(jié)論如下：

（1）大氣本底N2O 濃度增加2%以后，引起平流層NO 增加約1%～2%，NO2增加約1%～3%．大約30km 以上O3減少約0．1%～0．5%，30～40km減少較多，35km 附近減少最多．30～40km附近北半球中高緯地區(qū)O3減少比南半球多．大約30km 以下大部分地區(qū)O3增加，下平流層中低緯地區(qū)O3增加約0．1%～0．2%，對(duì)流層增量較小．

（2）大氣中N2O 增加2%后，平流層里30km以上降溫可達(dá)0．07K，30～45km 附近，北半球中高緯地區(qū)降溫大于南半球．下平流層中低緯度地區(qū)以及對(duì)流層都升溫，但升溫幅度非常?。?/p>

（3）平流層里N2O 與激發(fā)態(tài)的O 發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成NO，NO 又與O3反應(yīng)生成了NO2，平流層中上層NO 的催化循環(huán)造成O3損耗．在下平流層NO 與CH3O2和HO2的反應(yīng)最終使O3增加．N2O增加引起的平流層中上層的降溫主要是O3減少引起太陽輻射加熱率減少所致；下平流層增溫是O3增加引起太陽輻射加熱率增加所致，長波輻射的影響較?。甆2O 增加引起長波輻射加熱和O3增加引起太陽輻射加熱共同導(dǎo)致對(duì)流層升溫．平流層溫度變化后又會(huì)引起剩余環(huán)流變化，流場的改變一方面通過水平和垂直運(yùn)動(dòng)反過來影響溫度場的變化，另一方面又會(huì)引起微量氣體分布（主要是O3）的變化，進(jìn)而引起輻射加熱率的變化．平流層里，北半球中高緯地區(qū)動(dòng)力過程對(duì)溫度變化的反饋較其它地區(qū)明顯，這種反饋對(duì)平流層中高層北半球中高緯地區(qū)的溫度和O3變化都有明顯影響．

（4）N2O 增加對(duì)O3的影響與甲烷和水汽有所不同，大氣甲烷增加引起的O3損耗在45km 以上，45km 以下O3增加．平流層水汽增加后，平流層20～40km大部分地區(qū)O3增加，O3損耗主要發(fā)生在40km 以上．由于O3層主要位于平流層30～35km，N2O 增加造成的O3損耗正好位于O3層附近，對(duì)O3造成的損耗非常明顯．N2O 增加引起下平流層25～25km 中低緯度地區(qū)有弱的升溫，這與CO2，CH4和水汽等溫室氣體增加對(duì)溫度的影響不同，后者通常是降溫．

致 謝 感謝美國國家大氣研究中心（NCAR）提供了SOCRATES模式．

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