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百名专家探寻大气污染与气候变化关联纽带1

2019-12-04 16:41:46| 来源:| 编辑:| 点击:1次

百名专家探寻大气污染与气候变化关联纽带

国家防总最近预测表明,今年汛期我国降水总体偏多,同时,华北地区等地同时出现较重旱情,极端天气现象再次引发公众关注

“气候变化研究里有一个重要的任务就是同时要分析、研究气溶胶的作用,对气候变化的影响,同时也要研究气候变化对环境的影响”前国家气候中心主任、中国工程院院士丁一汇在接受《中国科学报》采访时如是说气溶胶是悬浮在大气中的微小颗粒物,也是大气污染物的重要组成部分,它可通过各种机制影响天气和气候

作为中国全球变化项目的总负责人和前国际气象与大气科学协会主席、中国科学院院士、中科院大气物理研究所吴国雄研究员表示,气溶胶之所以越来越引起人们关注,是因为它跟气候变化息息相关目前国际前沿是将气溶胶作为一个纽带,把局地气候的现象与全球气候变化联系起来,因此气溶胶研究意义重大

为了研究气溶胶对我国天气和气候变化变化的影响,来自北京师范大学、北京大学、中国科学院、中国气象局等部门的科研人员一起联合开展为期近2个月的大型地空综合试验,地的气候专家聚集一起,并于5月底与来自国内外一百多名专家一起交流探讨大气、气溶胶、边界层与云的相互作用及对大气污染、天气变化等的影响

气溶胶-全球变化研究的新挑战

会议当天,天高云闲北京师范大学全球变化与地球系统科学研究院首席科学家,“千人计划”学者李占清教授是此次会议的组织者也是本次“大气-气溶胶—边界层—云相互作用”综合试验的总指挥,该试验是他主持科技部全球变化研究重大研究计划项目“云-气溶胶气候效应的观测与模拟研究”和国家自然科学基金委大气复合污染重大研究计划、重点研究项目“气溶胶与边界层相互作用及其对近地面大气污染浓度的影响研究”工作的一部分与会人员首先前往邢台市皇寺气象观测站,进行外场实验的考察,观摩

李占清教授即兴发表演讲,“气溶胶是空气污染的重要组成部分,也是影响地球气候重要因素空气污染和全球变化是全人类面临的重大挑战,我国面临的相关问题尤其突出为了深入了解气溶胶的形成原因及其对我国天气气候的影响,北京师范大学全球变化与地球系统科学研究院在中国科学院,气象局、人工影响天气中心、大气探测中心、河北省气象局、 邢台市气象局等单位的大力支持下,以及参加项目的科学院大气物理研究所、合肥物质研究院、北京大学等部门广泛参与下,领导开展了大型地面和飞机的联合观测试验利用50多种国内外最先进的仪器和探测手段,通过强化观测得到大量试验数据,进而获得到丰富、精确的第一手观测资料,可全面系统地描述整层大气柱的各种大气、气溶胶、云和地面通量等参数,结合模式模拟可以深入细致的研究大气过程、尤其是气溶胶-大气边界层-云的相互作用过程,为应对越来越多出现的极端天气和全球变化问题提供科学依据”

之后,与会人员分别对本次观测进展了回顾与展望,商讨观测问题,探索解决办法,深入研究大气系统与过程,并且加强观测与模拟相结合,最终进行科学问题提炼讨论解决办法

吴国雄听了此次会议和试验的报告后指出,气溶胶的问题比较复杂,涉及的方面很多,李占清将这么多的专家都邀请来交流,很多团队都参与共同观测,这是非常难得的,只有这样研究才能更加深入开展下去气溶胶研究我们国家起步比较晚,需要把各方面的研究团队联系起来,来做联合观测和学术交流,这是一个非常好的开始,最近上升的势头非常好

吴国雄院士进一步指出,之前,大家认为气溶胶是局地现象,但过去一二十年的研究表明,气溶胶不仅仅是一个环境局地现象,与全球气候变化有密切联系它通过云、降水、辐射效应,影响到全球的气候变化,因此通过气溶胶将小范围局地现象与大范围全球气候变化联系起来吴院士表示,“气溶胶的研究还刚刚开始,我们国家起步比较晚,但最近上升的势头非常好,李占清能够积极的把各方面的研究团队联系起来,来做联合观测和学术交流,这是一个非常好的开始”

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了解到,李占清的研究团队对气溶胶的各种气候效应开展了大量的深入研究,利用大量资料分析和计算机数值模式揭示了大气气溶胶、云降水和之间的密切关系他们团队组织开展了一系列大型科学试验,联合国内外该领域专家,对气溶胶的各种气候效应进行了系统、深入的研究,揭示了气溶胶影响地面太阳能、温度、风速、云、雷暴、降水和极端天气等的影响机理和贡献发现近几十年来中国东西部不均匀的温度变化、南涝北旱、地面风速减小,西部雷暴减小和东南地区增多等多种中国气候变化的独特趋势和类型均与气溶胶含量增加有一定的关系这些研究(近百篇在国际知名SCI期刊发表)对研究中国气候变化规律和成因发挥重要作用

他自2002年起,受国家自然科学基金会海外杰出青年基金、国际合作基金等项目支持先后与中国科学院大气物理研究所和南京信息工程大学(他的母校)一起,开展一系列合作研究还利用国外的观测设备和资料开展研究,包括利用他在美国的研究资源把国外愈千万美元的最先进的仪器设备和专门人才引进到国内自2010年在北京师范大学工作以来,他们研发、改进购置了一整套完整大气、气溶胶、云降水等一系列先进的仪器设备多年来, 他培养了一大批研究生和青年学者(其中包括青年千人、白人计划、杰出青年和优秀青年学者等),并积极推动与国内外众多单位合作,尤其是中国科学院、中国气象局、北京大学、南京信息工程大学等单位的合作该观测系统具备了在中国开展前沿研究的能力这些综合观测系统集国内外各种先进的探测技术,是开展气溶胶、云物理、人工影响天气、天气和气候变化研究最完整的观测设施

作为本项目的跟踪专家,丁一汇院士从头至今全程参与指导本项目的开展,也因此非常了结该团队近年来的科研成果

在会议期间,他向介绍了他们的主要科研工作和发现

从他的总结中,了解到李占清团队的该项研究从2000年左右开始做,至少在中国已经做了15年左右的时间,这是第3次大型科学试验第1次是在北方做的,主要是根据中国科学院大气物理所的设备和基地,已经做出了很好的成果第2次,是把过去的工作又扩散到全国,做全国的观测,并且两部分工作的成果在国内外都发表了,表明气溶胶确实能影响到气候,特别是影响温度和降水当气溶胶增加的时候,会反射太阳光,太阳光照到地面的量就会减少减少后就会冷却,人们会感到比较凉

另外,李占清团队在中国也发现,还有一种气溶胶是吸收性的气溶胶,他们在空气中会吸收太阳光,转化成热量,它能加热大气,这也是他们的发现,不同的气溶胶对太阳光辐射有不同的作用

除了对辐射的作用,他们对降水、云的形成有很多新的发现,他们利用特殊地形、污染物分布和城市化这三个影响局地气候的主要因素,了解气溶胶的各种属性如何影响温度、降水等气象要素这方面他们对以往的气候变化得到了比较合理的解释和一致的结果,这也是第二个他们的成果城市化之后,为什么降水、暴雨增加了,气溶胶起了一定的作用,从观测入手他们得到了很多重要的研究成果

现在,李占清团队又走向更广泛的对中国季风降水的影响,丁院士指出,他们在国际上是做的最完整最好的一家他们的一个研究选取陕西省华山地区和关中平原,那是季风最边远的地区,并且有地形的影响,他们研究了气溶胶如何影响降水后来去了山西,然后这次到河北,也是有大地形,太行山,地形会抬升,抬升后会凝结,凝结后颗粒物(污染物)会增加凝结核,是否增加降水要看水汽怎么样,他们从影响水汽、影响凝结核角度研究降水、这是一个复杂的物理过程,他们现在已经迈入到化学的工程如何与水汽产生作用影响水滴,这是一个非常微观的过程

李占清团队还有一个特殊的发现是,他们解释了2013年7月份,在汶川大地震地区,龙门山的山前其时发生了一场大暴雨,那场大暴雨的结果无论通过模型、观测、理论研究他们证明气溶胶起着重要的作用,由于气溶胶的作用,加大了水汽向山里面的输送,这个机制他们都解释了,并且国外的杂志被广泛引用,也被很多顶尖杂志(Nature, Science 等)介绍

丁院士最后总结,李占清团队研究了东亚季风区、气溶胶和云、及降水的影响,这些都是创新性的发现他们立足于观测,取得第一手资料,然后进行观测资料的分析,先从事实上揭示出来,然后他们再用模式,用物理的角度来解释,化学的角度来证实,这样结论就非常可信丁院士认为,气候变化、水资源和环境等问题是公众最关心也与百姓生活最相关的科学问题到目前,人们对这些问题之间的关系了解有限,需要他们进一步努力

多面挑战

全球变暖是一个众所周知的观测事实,但变暖的成因尚有一些异议主要是因为变暖的机制有多种而且相互制约如何区分温度的自然变化,温室气体排放和城市热岛效应引起的增温,以及气溶胶引起的冷却效应一直是科学难点

李占清团队提出一种独特方法,能将这些不同因素引起的温度变化区分开来一般而言,气溶胶降低地面温度,增加大气温度中国近几十年因污染浓度增加,抵消了一部分由于温室气体增加引起的增温效应未来如果污染排放控制的好,大气变干净了,温度有可能报复性增加

李占清指出,他们的科研,不仅开展长期气候变化趋势研究,而且重视短时间变化,尤其是极端事件的发生他们的研究发现气溶胶可影响旱涝,风暴、雷电、雾霾目前气候变化主要关注的焦点在长期的变化方面,但对人民日常生活和国民经济发展影响更大的是短时间变率,尤其是旱涝事件他们发现气溶胶可改变这些极端事件的日变化、周变化、年变化和长期变化趋势,而且变化趋势因气溶胶类型不同而不同污染地区、下午对流性强降雨和雷暴推迟到傍晚发生;煤烟重污染地区,雷暴天气减少,硫酸污染区,雷暴天气增加

他们还发现,极端污染与清洁大气对同样云厚的云体,降水发生的概率可相差两倍以上,这对预报员来讲是一个需要考虑但一直被忽略的一个重要预报因子因此,目前欧洲和美国的天气预报模式都正在将气溶胶因子考虑进去对我国这个污染相对较重的地区,其影响可能更加重要这也是多个气象部门积极参加本试验的一个驱动力

丁一汇院士在接受采访时也指出,气溶胶与环境污染之间存在悖论他认为,二氧化碳减少,温室气体就会减少,全球变暖会减缓,如果是气溶胶减少了,那么冷却作用就减少了,气溶胶是冷却大气的,可以抵消气候变暖,这样一来,空气会越来越干净,气溶胶就少了,冷却作用就弱了,弱了以后,对增温减缓的作用就少了

这意味着,如果使环境越来越干净,气溶胶的冷却作用就会减少气溶胶和温室气体都与人类活动息息相关,它们两个是捆绑在一起的,随着二氧化碳不断地减少,同时,还要考虑冷却作用减少了,还要加大更强的减排力度才能抵消掉冷却作用的减少

针对民众关心的大气污染治理及全球变暖情况,丁院士指出,2015年,各国首脑曾聚会巴黎参加联合国气候变化大会,会上提出要在本世纪末将升温控制在2摄氏度以下,并尽力向1.5摄氏度努力要实现这个目标,在空气质量提高的同时,需要更大力度减排二氧化碳等温室气体的排放如果空气将来非常干净之后,我们需要有更强烈的减排力度气候不怎么变暖,温度要下来,不能超过两度,这可能要到2050年之后,中国2030年之后要初见成效,峰值要下来污染物要下来,之后还要加大力度减排,减排后慢慢会取得双赢

会议合影

实验场景

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