大氣氣溶膠的輻射與氣候效應(yīng)研究

王浩然

摘 要：該文從實(shí)際出發(fā)，對(duì)“中國(guó)大氣溶膠及其氣候效應(yīng)的研究”的目的、科學(xué)問(wèn)題等進(jìn)行了介紹。這一個(gè)項(xiàng)目預(yù)期在我國(guó)的大氣溶膠理化與光學(xué)特點(diǎn)的分布、大氣灰霾預(yù)報(bào)方法、氣候效應(yīng)等方面展開(kāi)系統(tǒng)的研究，從而降低氣候效應(yīng)的不確定性，提高對(duì)氣候預(yù)估的可靠程度。對(duì)大氣氣溶膠以及氣候效應(yīng)建立研究，不僅能在全球氣候的問(wèn)題上貢獻(xiàn)力量，同時(shí)也能為我國(guó)的環(huán)境外交、霧霾控制等提供支持。

關(guān)鍵詞：氣溶膠 輻射氣候效應(yīng) 大氣灰霾

中圖分類號(hào)：P468.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）12（b）-0163-02

1 大氣氣溶膠與氣候效應(yīng)的研究現(xiàn)狀

我們所說(shuō)的大氣溶膠，就是對(duì)懸浮在大氣當(dāng)中的顆粒物的總稱。在大氣溶膠中包含著許多的溶膠粒子這些溶膠例子包括沙塵氣溶膠、海鹽氣溶膠等。如今，相關(guān)的研究人員通過(guò)實(shí)際的研究發(fā)現(xiàn)，氣溶膠會(huì)在一定的程度上影響到全球的氣候變化，甚至還能夠主導(dǎo)大氣灰霾污染。

在第三次IPCC評(píng)估報(bào)告當(dāng)中我們看到，氣溶膠在眾多影響氣候的因子當(dāng)中是最不確定的，因此，也是最需要我們?nèi)ミM(jìn)行研究以及社深入認(rèn)識(shí)的。IPCC第三次評(píng)估報(bào)告認(rèn)為，工業(yè)革命之后，太陽(yáng)常數(shù)變化的貢獻(xiàn)估計(jì)為溫室氣體增加引起的全球年均輻射強(qiáng)迫為2.4 W/m2，誤差在10%左右，但對(duì)各種氣溶膠產(chǎn)生的輻射強(qiáng)迫估計(jì)卻并不確定。

此外，大氣溶膠能夠?qū)υ频奈锢硪约肮鈱W(xué)特性進(jìn)性改變，并且使得氣候受到影響，河中影響也被成為氣溶膠的間接氣候效應(yīng)。

目前，國(guó)內(nèi)外已經(jīng)對(duì)大氣氣溶膠的特性進(jìn)行了一些列的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行研究，并掌握了其中的一些特性。WMO全球大氣觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)等觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)，提供了全球觀測(cè)結(jié)果，為大氣氣溶膠的特性分析提供了十分重要的信息。

目前，國(guó)際上正通過(guò)發(fā)展衛(wèi)星遙感的方式來(lái)對(duì)大氣溶膠光學(xué)特性進(jìn)行觀測(cè)。中高分辨的光譜儀、多角度成像光譜儀的出現(xiàn)就是建立在此基礎(chǔ)上，其主要的應(yīng)用方向就是對(duì)氣溶膠的光學(xué)特性進(jìn)行研究。

如今，氣溶膠直接輻射強(qiáng)迫評(píng)估已經(jīng)有了很多新的進(jìn)展，例如野外觀測(cè)實(shí)驗(yàn)通過(guò)地面的觀測(cè)能夠直接獲得氣溶膠的輻射強(qiáng)迫。其他的資料分析如基本地面輻射網(wǎng)絡(luò)等，也開(kāi)展了有關(guān)氣溶膠光學(xué)性質(zhì)的連續(xù)觀測(cè)。空間分布的不均勻則是因?yàn)闅馊苣z存在周期較短，此外，這還與氣溶膠產(chǎn)生機(jī)制以及沉降過(guò)程有著很大的關(guān)聯(lián)。除此之外，氣溶膠的結(jié)構(gòu)會(huì)受到混合狀態(tài)的影響，這同時(shí)也會(huì)影響到氣溶膠的幾何形態(tài)，對(duì)其光學(xué)性質(zhì)作用重大，特別會(huì)影響到氣溶膠例子的輻射吸收特性。而溫度的變化也會(huì)對(duì)其光學(xué)性質(zhì)的精度有部分影響，如今，這些作用都還沒(méi)有得到很好的處理。

所謂的氣溶膠的間接效應(yīng)，就是指氣溶膠引起的任何的光學(xué)特性，以及氣溶膠引起的降水的形成變化。一般來(lái)講，我們的對(duì)氣溶膠的間接效應(yīng)類型會(huì)利用云滴尺度來(lái)進(jìn)行確定。而要全面理解氣溶膠對(duì)氣候變化的效應(yīng)，就需要對(duì)氣溶膠當(dāng)中的很多因素進(jìn)行全面的了解，并確定氣溶膠與云滴的濃度之間究竟存在著怎樣的聯(lián)系。

當(dāng)前，國(guó)內(nèi)外很多的研究結(jié)果都證明，氣溶膠之所以會(huì)對(duì)氣候的變化產(chǎn)生影響，其主要的原因就是氣溶膠的耦合氣候系統(tǒng)模式。在傳統(tǒng)的研究過(guò)程當(dāng)中，國(guó)際上對(duì)數(shù)十個(gè)氣候模式進(jìn)行了相關(guān)的研究，但是其結(jié)果依舊有著十分強(qiáng)烈的不確定性，這其中最主要的原因就是在實(shí)際的計(jì)算分析過(guò)程當(dāng)中，沒(méi)有加入氣溶膠模塊的耦合，這也說(shuō)明，人們對(duì)于氣溶膠的特性并沒(méi)有足夠的認(rèn)識(shí)。

在全球不同區(qū)域當(dāng)中，輻射強(qiáng)迫的綜合評(píng)估仍然沒(méi)有定性，這就導(dǎo)致氣溶膠對(duì)地面的影響有很強(qiáng)的不確定性。而在我國(guó)，排放源清單陳舊，更進(jìn)一步加大了這方面不確定性。在實(shí)際的研究過(guò)程當(dāng)中，對(duì)于氣溶膠的研究只考慮有吸收特性的氣溶膠，而忽略了散射特性的組分，沒(méi)有將多種氣溶膠輻射效應(yīng)進(jìn)行整合，因此評(píng)估的氣候效應(yīng)都需要進(jìn)一步地進(jìn)行研究。就目前的研究來(lái)看，沙塵氣溶膠會(huì)導(dǎo)致海陸熱力差異快速改變，也有研究表明，海溫和路面過(guò)程會(huì)影響我國(guó)的夏季降水，而在如今的氣候背景下，我國(guó)大氣當(dāng)中的氣溶膠就發(fā)揮了什么作用，扮演什么角色，是自然強(qiáng)迫還是人為影響，這都是急需回答的問(wèn)題。

大氣氣溶膠的影響是重大科學(xué)問(wèn)題，也是大氣科學(xué)的研究焦點(diǎn)。在這一領(lǐng)域當(dāng)中，我國(guó)雖然進(jìn)行了許多研究，但比較零散，缺乏深入的研究，難以應(yīng)對(duì)日益激烈的環(huán)境外交需求，對(duì)灰霾污染現(xiàn)象缺乏理解。如今，對(duì)于氣溶膠的研究我國(guó)已經(jīng)有了不錯(cuò)的進(jìn)展，還具備了長(zhǎng)期觀測(cè)站網(wǎng)，我國(guó)作為氣溶膠的排放大國(guó)已經(jīng)受到了全世界的關(guān)注，同時(shí)也提供了豐富的研究資源，在這樣的背景下，“中國(guó)大氣氣溶膠及其氣候效應(yīng)研究”項(xiàng)目被批準(zhǔn)立項(xiàng)。

2 擬實(shí)現(xiàn)三方面的科學(xué)目標(biāo)

“中國(guó)大氣氣溶膠及其氣候效應(yīng)研究”項(xiàng)目，將我國(guó)氣溶膠及其氣候影響與實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行整合，希望研究人員能在這一熱點(diǎn)領(lǐng)域做出系統(tǒng)性的研究成果，并在形成預(yù)報(bào)方法后控制灰霾污染，為國(guó)家環(huán)境外交發(fā)揮作用。該項(xiàng)目將培養(yǎng)一批優(yōu)秀的青年科學(xué)家，提高我國(guó)的研究水平。而在“中國(guó)大氣氣溶膠及其氣候效應(yīng)研究”項(xiàng)目，主要需要實(shí)現(xiàn)的科學(xué)目標(biāo)有以下三個(gè)方面：

（1）取得對(duì)大氣溶膠特性、變化的科學(xué)認(rèn)識(shí)。

（2）認(rèn)識(shí)我國(guó)大氣灰霾的形成機(jī)理。

（3）了解大氣溶膠在我國(guó)氣候變化當(dāng)中的作用。

3 開(kāi)展此項(xiàng)目研究的意義

通過(guò)人類的活動(dòng)導(dǎo)致氣候變化，是目前最重大的環(huán)境問(wèn)題，他一方面影響了國(guó)家的國(guó)民生活；另一方面也是國(guó)際環(huán)境外交的重要研究一體。而在其眾多影響因子當(dāng)中，氣溶膠的氣候效應(yīng)是最不確定的。作為氣溶膠排放大國(guó)，我國(guó)面臨著巨大的氣候變化壓力，同時(shí)還需面對(duì)灰霾不斷嚴(yán)重的問(wèn)題。因此，對(duì)氣溶膠和氣候變化能夠有科學(xué)的認(rèn)識(shí)，不僅是國(guó)際研究的焦點(diǎn)命題，也是我國(guó)繼續(xù)解決的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題。

氣溶膠的氣候效應(yīng)，直接影響我們對(duì)過(guò)去100～200年氣候變化原因的認(rèn)識(shí)，也影響到對(duì)未來(lái)氣候的預(yù)測(cè)。就從減緩氣候變化的研究來(lái)講，也需要知道人為產(chǎn)生的氣溶膠究竟產(chǎn)生了多大的影響，在未來(lái)幾十年會(huì)導(dǎo)致怎樣的氣候變化。目前，國(guó)際科學(xué)界已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，單純的從大氣動(dòng)力學(xué)的角度是難以準(zhǔn)確理解如今的氣候變化的，因?yàn)楫惓５臍夂蜃兓c氣溶膠關(guān)系密切。由于氣溶膠排放源分布的差異，以及他們?cè)诖髿庵袦魰r(shí)間較短，因此會(huì)對(duì)區(qū)域氣候影響更大。獲得氣溶膠與氣候變化的本質(zhì)聯(lián)系，是國(guó)際科學(xué)界目前面臨的一大難題。

該項(xiàng)目的實(shí)施，能夠加深我國(guó)對(duì)地區(qū)氣溶膠分布以及氣候效應(yīng)變化的認(rèn)識(shí)，減少不確定性，提高氣候預(yù)測(cè)的可靠程度，同時(shí)在全球氣候變化這一科學(xué)問(wèn)題上做出貢獻(xiàn)。

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