国内外气溶胶观测网络发展进展及相关科学计划

气溶胶是气候变化研究中的一个极大的不确定性因素,国内外在此方面开展了大量的观测和科学研究。本文首先对当前全球两大气溶胶观测网络,世界气象组织(WMO)的全球大气观测计划(GAW)和气溶胶自动观测网(AERONET)的组织、规模、设备、数据和气溶胶网络的规范作了介绍,并对近年来国际上的重大气溶胶科学计划的目标、实验方法、步骤作了介绍,说明观测网络的重要性。在此基础上对中国气溶胶观测网络的地位做了分析,并指出其在正在开展的中国气溶胶科学研究中的重要性。     

中国近百年气候变化的自然原因讨论

本文分析了近百年来中国气候变化的概况,讨论了影响中国气候变化的自然因素大气环流和海温,此外还叙述了有关大气气溶胶、大气污染等人为因素对中国气候变化影响的研究进展。结果指出:北极涛动、东亚季风这两个大气环流因素对中国气候异常变化有至关重要的作用,同时El Nino和La Nina事件和太平洋年代际振荡的海表温度异常变化也对中国气候产生了一定的影响。但是有关大气气溶胶和大气污染物对中国气候的影响作用还有待于进一步研究,自然原因仍然是影响中国气候变化的主要原因。     

Climatic effects of air pollutants over china: A review

Tropospheric ozone(O3) and aerosols are major air pollutants in the atmosphere. They have also made significant contributions to radiative forcing of climate since preindustrial times. With its rapid economic development, concentrations of air pollutants are relatively high in China; hence, quantifying the role of air pollutants in China in regional climate change is especially important. This review summarizes existing knowledge with regard to impacts of air pollutants on climate change in China and defines critical gaps needed to reduce the associated uncertainties. Measured monthly, seasonal, and annual mean surface-layer concentrations of O3 and aerosols over China are compiled in this work, with the aim to show the magnitude of concentrations of O3 and aerosols over China and to provide datasets for evaluation of model results in future studies. Ground-based and satellite measurements of O3 column burden and aerosol optical properties, as well as model estimates of radiative forcing by tropospheric O3 and aerosols are summarized. We also review regional and global modeling studies that have investigated climate change driven by tropospheric O3and/or aerosols in China; the predicted sign and magnitude of the responses in temperature and precipitation to O3/aerosol forcings are presented. Based on this review, key priorities for future research on the climatic effects of air pollutants in China are highlighted.     

气溶胶对中国天气、气候和环境影响综述

空气污染、天气和气候与大众生活息息相关,全球变化与可持续发展更是全人类面临的共同挑战。空气污染与气候变化对发展中国家带来的挑战更为显著。中国作为人口最多、发展飞速的国家,面临这两方面的挑战尤为严峻。因此,深入了解空气污染与气候变化的成因和发展机制,摸清两者相互关系对提高人们的生活质量和科学发展方针政策的制定具有指导意义。随着全球变化研究的深入,气溶胶与温室气体作为影响地球气候的两个最重要的人类排放物,在气候变化科学中起着至关重要的作用,气溶胶研究也成为地球科学发展最快的一个分支学科。中国天气、气候的变化特征,如高温增多、寒潮变少、风速减小、大气变稳、小雨减少、大雨增多、雷暴增强、季风减弱等,与空气污染都存在不同程度的联系。本文主要综述气溶胶对我国天气、气候的影响以及与气象因素相关的空气污染问题,侧重于气溶胶与极端天气事件之间包括影响程度和影响机理在内的错综复杂的关系。研究方法涉及星、地、空综合观测资料分析和模式模拟等。观测资料包括长时间历史观测资料、短时段强化观测实验资料、全球卫星资料等。     

Recent Progress in Cloud Physics Research in China

A review of China cloud physics research during 2003-2006 is made in this paper. The studies on cloud field experiments and observation, cloud physics and precipitation, including its theoretical applications in hail suppression and artificial rain enhancement, cloud physics and lightning, and clouds and climate change are included. Due primarily to the demand from weather modification activities, the issue of cloud physics and weather modification has been addressed in China with many field experiments and model studies. While cloud physics and weather modification is still an important research field, the interaction between aerosol, cloud and radiation processes, which is the key issue of current climate change research, has become a new research direction in China over the past four years.     

华南气溶胶研究的回顾与展望

大气气溶胶的气候效应研究和环境效应研究都是当今国际科技界的热门研究话题,而研究大气气溶胶的气候效应和环境效应都必须充分细致地了解气溶胶的粒子谱分布、化学组成和辐射(光学)特性,其中大气气溶胶的辐射(光学)性质的直接观测研究是目前甚为紧迫的研究内容,其结果能直接为气溶胶强迫对气候变化的估计和预测的模式研究及其环境效应的研究提供必须的参数.     

从归一化植被指数提取气溶胶光学信息

利用卫星遥感和改进归一化植被指数(NDVI)算法,在最大值合成的MVC-NDVI与监测日NDVI差值中提取气溶胶浑浊度信息,形成新的气溶胶光学指数产品,通过监测珠三角地区细粒子气溶胶扩散过程的验证,表明方法是成功的。基于理论和实例分析,提出气溶胶研究应当从本地区地理环境和气溶胶特征的实际出发,重视细粒子气溶胶作为稳定的胶体系统对空气质量、天气系统和气候变化的影响,重视卫星遥感在气溶胶监测中的不可替代的作用。     

沙尘气溶胶辐射特性及其观测方法初步评述

沙尘气溶胶在全球及区域尺度气候和环境变化中起着十分重要的作用,大气中的沙尘可通过"阳伞效应"、"冰核效应"和"铁肥料效应"影响全球气候。本文对沙尘气溶胶的气候效应及观测方法进行了介绍。     

浑善达克沙地沙尘气溶胶的粒谱特征

浑善达克沙地是我国主要沙尘气溶胶源地之一,但对其沙尘气溶胶特征一直缺乏研究.2001年4月末到5月初,在内蒙古浑善达克沙地利用PMS Fssp-100型激光粒谱仪进行了大气气溶胶的外场观测,取得了晴天、扬沙和沙尘暴天气条件下沙尘粒子的数浓度采样资料,通过统计分析研究,总结出浑善达克沙地在不同天气条件下近地面沙尘气溶胶的粒谱分布规律.所得统计结果表明了与其他源地沙尘气溶胶的共同点、差异之处及其原因.这一结果也为沙尘气溶胶辐射气候效应的数值模拟提供了新的实测依据.     

基于国际大气化学—气候模式比较计划模式数据评估未来气候变化对中国东部气溶胶浓度的影响

气候变化引起的地面气溶胶浓度变化与区域空气质量密切相关。本文利用“国际大气化学—气候模式比较计划”（Atmospheric Chemistry and Climate Model Intercomparison Project, ACCMIP）中4个模式的试验数据分析了RCP8.5情景下2000~2100年气候变化对中国气溶胶浓度的影响。结果显示,在人为气溶胶排放固定在2000年、仅考虑气候变化的影响时,2000~2100年气候变化导致中国北部地区（31°N~45°N, 105°E~122°E）硫酸盐、有机碳和黑碳气溶胶分别增加28%、21%和9%,硝酸盐气溶胶在中国东部地区减少30%。气候变化对细颗粒物（PM_2.5）浓度的影响有显著的季节变化特征,冬季PM_2.5浓度在中国东部减少15%,这主要是由硝酸盐气溶胶在冬季的显著减少造成的;夏季PM_2.5浓度在中国北部地区增加16%,而长江以南地区减少为9%,这可能与模式模拟的未来东亚夏季风环流的增强有关。     

四川盆地大气气溶胶污染时空变化的地形影响研究进展

四川盆地作为我国一个特殊的大气气溶胶污染区域,亟待厘清其大气污染时空变化与独特盆地地形影响相关机理。本文综述了近年来一系列相关研究成果,包括:（1）揭示了四川盆地大气环境变化中大地形影响作用,青藏高原东侧区域气溶胶空间分布“避风港”效应,以及大地形热力强迫对盆地空气质量变化的“气候调节”影响; （2）探明了四川盆地大气边界层结构对大气气溶胶变化的影响,冬季重霾期间大气边界层垂直结构变化特征及其相关PM_2.5物理化学特性;（3）明晰了大气气溶胶在四川盆地暴雨过程中的重要作用机理,以及四川盆地气溶胶高污染分布导致的降水分布型态的气候变化。这些研究提升了四川盆地气溶胶污染形成机理及大地形对大气环境变化影响效应的科学认识,并表明未来应该深入研究四川盆地地形背景下独特大气边界层结构,人为与自然源排放和环境大气物理-化学过程变化。      

中国的PM2.5和对流层臭氧及污染物排放控制对策的综合分析

本文首先对中国PM2.5和近地面臭氧浓度的观测进行了简要的综述;并利用2010-2013年全球对流层臭氧的卫星观测数据给出了对流层臭氧浓度在全球和中国地区的分布特征,其平均值分别为29.78 DU和33.97 DU。然后,利用一个气溶胶大气化学-全球气候双向耦合模式模拟了中国地区PM2.5的浓度分布和季节变化,其年平均值为0.51×10^-8 kg/m³。在此基础上又分析了5种典型气溶胶对PM2.5总浓度在不同季节的贡献。结合IPCC第五次评估报告（AR5）,讨论了气溶胶和温室气体及其前体物的排放与辐射强迫的联系,以及减排大气臭氧前体物和气溶胶颗粒物质（PM）对气候变化的可能影响。指出减排臭氧前体物对气候的影响还不完全清楚,对短寿命的温室气体和黑碳气溶胶的减排是一种短期（未来50年）的辅助措施;为了保证全球平均温度增长不超过2℃,减少二氧化碳的排放仍是我们需要坚持的长期战略。短期和长期的减排战略对于保护环境和减缓气候变化都是至关重要的。     

Latest Advances in Climate Change Detection Techniques

In recent years,the global warming and its influences on people and social economy have received increasing attention from international communities.Determining the current trend of global temperature variation has become one of the critical issues in climate change research.Obviously,it is rather important to develop new climate change detection technology in order to identify new characteristics of the global warming.This review introduces the latest advances and past achievements on the climate change...     

小洋山岛大气气溶胶光学厚度的特征分析

小洋山岛位于上海东南面距海岸线约30km处,四面环海,研究其上空的大气气溶胶光学特性对了解我国东部沿海地区及其近海海域的环境和气候影响等都具有重要的意义。对于近岸海岛的气溶胶光学厚度(AOD)观测,至今国内尚未见这方面的实测资料与分析。本次实验利用2006～2007年连续观测得到的AOD值,分析了AOD的季节变化及其与地面风向、湿度和能见度等气象要素的关系,并给出了气溶胶消光谱。分析发现:小洋山地区AOD具有春季最大,冬季次之,秋季较小的特点,而且在低能见度情况下,气溶胶以大粒子为主;盛行西风时,AOD值增大且大粒子比重增加;AOD与湿度有较好的正相关关系。     

东北地区农业应对气候变化的策略与措施分析

气候变化的影响与适应已经成为农业生产面临的现实而紧迫的问题。1956-2005年东北地区增温1.5℃,幅度明显高于全国平均水平,给作物生产带来复杂的影响。东北是重要的国家商品粮生产基地,对国家粮食安全起着重要作用。探讨区域层面上适应气候变化的能力建设更具有针对性和现实性。文章分析了近50 a来东北地区气候变化的主要表现及其对农业生产的影响;针对气候变化过程中人类活动对土地利用和温室气体的影响,提出了东北地区适应和减缓气候变化的策略和措施,强调在农业生态、水资源利用、环境保护等多方面综合开展工作,积极采取行动,最终达到维护气候环境、充分利用气候资源的目的,为东北粮食生产安全、农业可持续发展做出贡献。     

1984～2000年印度洋与中国地区上空对流层中上层及平流层气溶胶变化和输送特征

利用美国SAGE II (Stratospheric Aerosol and Gas Experiment II)卫星最新版（6.0版）1.020 μm通道逐日气溶胶消光系数资料，得出了对流层中上层及平流层（10 km以上高度）气溶胶光学厚度的平均分布和变化特征。结果表明:气溶胶光学厚度在低纬度大，在印度洋的岛屿上空有三个高值中心，气溶胶光学厚度高值中心与对流层中上层的上升气流的高值中心相对应。与17年(1984～2000年)年平均相比，近6年（1995～2000年）孟加拉湾至青藏高原东南部上空气溶胶光学厚度明显增加；中国东部地区上空气溶胶光学厚度增加，中西部地区则减小。气溶胶光学厚度存在三个经向的增加带和两个经向的减小带。中纬度与赤道之间的布鲁尔-多普森环流（Brewer-Dobson Circulation）带来的低层大气与对流层中上层及平流层之间的气溶胶输送是导致气溶胶这种经向一致变化的主要因素。气溶胶的这种输送产生的近地面大气污染物向中上层大气输送有可能产生重要的气候变化。     

The economics (or lack thereof) of aerosol geoengineering

Anthropogenic greenhouse gas emissions are changing the Earth’s climate and impose substantial risks for current and future generations. What are scientifically sound, economically viable, and ethically defendable strategies to manage these climate risks? Ratified international agreements call for a reduction of greenhouse gas emissions to avoid dangerous anthropogenic interference with the climate system. Recent proposals, however, call for a different approach: to geoengineer climate by injecting aerosol precursors into the stratosphere. Published economic studies typically neglect the risks of aerosol geoengineering due to (i) the potential for a failure to sustain the aerosol forcing and (ii) the negative impacts associated with the aerosol forcing. Here we use a simple integrated assessment model of climate change to analyze potential economic impacts of aerosol geoengineering strategies over a wide range of uncertain parameters such as climate sensitivity, the economic damages due to climate change, and the economic damages due to aerosol geoengineering forcing. The simplicity of the model provides the advantages of parsimony and transparency, but it also imposes severe caveats on the interpretation of the results. For example, the analysis is based on a globally aggregated model and is hence silent on intragenerational distribution of costs and benefits. In addition, the analysis neglects the effects of learning and has a very simplistic representation of climate change impacts. Our analysis suggests three main conclusions. First, substituting aerosol geoengineering for CO₂ abatement can be an economically ineffective strategy. One key to this finding is that a failure to sustain the aerosol forcing can lead to sizeable and abrupt climatic changes. The monetary damages due to such a discontinuous aerosol geoengineering can dominate the cost-benefit analysis because the monetary damages of climate change are expected to increase with the rate of change. Second, the relative contribution of aerosol geoengineering to an economically optimal portfolio hinges critically on, thus far, deeply uncertain estimates of the damages due to aerosol forcing. Even if we assume that aerosol forcing could be deployed continuously, the aerosol geoengineering does not considerably displace CO₂ abatement in the simple economic optimal growth model until the damages due to the aerosol forcing are rather low. Third, substituting aerosol geoengineering for greenhouse gas emission abatement can fail an ethical test regarding intergenerational justice. Substituting aerosol geoengineering for greenhouse gas emissions abatements constitutes a conscious risk transfer to future generations, in violation of principles of intergenerational justice which demands that present generations should not create benefits for themselves in exchange for burdens on future generations.     

内蒙古沙地和草地环境下近地面PM10分布特征及其与相关气象要素的关系

利用内蒙古锡林浩特和朱日和2005年的PM10质量浓度（MPM）和相关气象要素资料,分析了沙地和草地环境下MPM的分布特征,发现MPM受沙尘天气的影响较大,非沙尘日MPM在不同下垫面条件下差别不大。进一步分析发现,气象要素对MPM有较大的影响,在选取相关气象要素参量的基础上,将各参量相乘建立了气象影响指数IPM,表示气象条件对MPM的综合作用,经检验发现锡林浩特和朱日和IPM值与MPM日均值的相关系数都大于0.70,高于MPM与其他单气象要素,月均值的线性相关性更显著。对同一气候带不同下垫面条件下不同季节IPM值与MPM的对比分析发现,气象条件对近地面MPM的影响比下垫面条件更显著。     

青藏高原隆升对亚洲季风形成和全球气候与环境变化的影响

综合介绍了青藏高原隆升对亚洲季风形成,半半球大气定常行星波建立,区域和全球气候变迁及环境演化的影响,并对近年来的研究进展作了较为详细的评述;指出今后需要深入研究的若干问题。     

土地利用与土地覆盖变化的遥感监测及环境影响研究综述

土地利用与土地覆盖变化（LUCC）对全球生态、环境产生了巨大影响,是全球变化的原因之一,也是全球变化研究的重要组成部分。从遥感数据源、遥感分类方法、遥感动态变化监测方法3方面出发,介绍了遥感监测技术在LUCC研究中的应用现状;回顾了LUCC对气候、水文影响的研究进展,并对数值模拟方法在LUCC影响研究中的应用进行了重点评述;探讨了目前LUCC研究工作中在动力机制、对环境的影响、遥感技术及资料应用、多源数据的综合应用及利用区域气候模式进行数值模拟试验等方面存在的问题及未来发展趋势。