探讨气候变化的新热点:大气气溶胶的气候效应

气溶胶的气候效应是近年来研究的热点问题。针对这一问题已开展过许多观测研究和模式研究。但是由于气溶胶问题的复杂性以及对气溶胶的观测历史短,至今尚缺少全球范围的气溶胶系统观测资料,所以目前气溶胶的辐射强迫仍是个很不确定的量。这直接影响对全球气候变化的预测。目前国内外正在加强这方面的研究工作,并且有了一些初步的结果。概述了近期国内外对气溶胶的气候效应的研究状况及结果,介绍了今后国际上将要在这一领域开展的研究工作。     

沙尘气溶胶与气候变化

沙尘气溶胶通过吸收和散射太阳辐射与长波辐射影响地球辐射收支和能量平衡,从而影响气候变化。另一方面,气候变化,土地利用、沙漠化和城市化等人类活动都是可能导致大气中矿物沙尘气溶胶的改变。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。     

大气气溶胶辐射强迫及气候效应的研究现状

由于工业活动的影响，对流层气溶胶含量明显增加。他们通过直接吸收和反射太阳辐射以及改变其它辐射强迫因子（云、臭氧）的大小间接影响地气系统的能量收支。近年来研究表明：人类活动产生的气溶胶具有与CO₂温室气体大小相当、符号相反的辐射强迫效应。他们在全球或区域范围内削弱温室气体的变暖趋势，对气候变化造成很大的影响。文章就人为气溶胶辐射强迫及气候效应近年来的研究状况做了介绍。     

古气候中的沙尘变化及其气候影响

大气中的沙尘通过对太阳光的吸收和散射对地表温度产生影响,进而对大气环流和降水等也产生影响,但是在地球的不同历史时期尤其是深时地球大气中的沙尘量如何变化以及如何影响气候还有很多不清楚的地方。本文通过模式模拟对地球上4个不同时期的沙尘变化及其气候影响进行了研究,这4个时期分别是陆地植被还没有出现的前寒武时期、有植被且全球气温较高的盘古超大陆时期、大陆分布接近现代但气候较寒冷的末次盛冰期和气候较温暖的中全新世。在前寒武时期,由于陆地起沙面积大,大气中的沙尘含量可以达到现代地球的近10倍,使得全球地表温度下降也有近10 ℃。在盘古超大陆时期,由于在副热带的陆地面积比现代稍大,因此大气沙尘量也比现代稍大,对全球平均温度的影响很小。在末次盛冰期,由于寒冷干燥,沙尘量是现代的约两倍,但是它对全球有强烈的增温作用,如果没有沙尘,全球温度可能降低约2.5 ℃。在中全新世,观测显示全球沙尘量比现代少很多,模拟显示,采用现代沙尘和把沙尘全部去掉对全球平均温度的影响可以忽略,但是大西洋经向翻转流有显著变化。     

黑碳气溶胶研究进展Ⅰ：排放、清除和浓度

黑碳气溶胶是近几年非常活跃的一个研究课题，因为黑碳气溶胶吸收太阳和地球大气的辐射，对全球气候变暖有重要的影响。中国黑碳气溶胶的排放和浓度比同纬度的高，在全球气候变暖的大背景下，中国黑碳气溶胶一直受到国外的关注。综述了国内外黑碳气溶胶研究的最新进展，受篇幅的限制，文章分两篇，第一篇是黑碳气溶胶的排放、清除和浓度，第二篇是黑碳气溶胶的气候效应和拓展的研究领域。从黑碳排放的估算和大气浓度的测量方法进行描述，列出有关的测量结果，对黑碳气溶胶的排放和大气浓度进行国内外的初步比较分析。还对黑碳气溶胶排放和浓度测量误差进行了讨论，并对今后黑碳气溶胶研究提出了几点建议。     

SLCPs及其气候效应研究进展

CO2造成全球55%~60%的辐射强迫,迅速有效的减排是对抗气候变化的必要措施,但必须与造成另外40%~45%气候效应的短期气候污染物(SLCPs)减排并行。SLCPs直接或间接地影响地球气候系统的辐射平衡及温度变化,危害生态系统和人类社会安全。控制SLCPs的排放能在短时间内缓解近期全球变暖和海平面上升,弥补CO2减排效应的滞后。在调研大量文献的基础上,首先论述了SLCPs研究的意义所在,归纳了SLCPs减排对全球气候变化的缓解效应。然后对SLCPs 4种代表物质——黑碳、甲烷、对流层臭氧和氢氟碳化物的物理及光学特性、排放变化和时空分布及未来发展可能的趋势进行了分析,在此基础上总结了分别针对4种物质的减排方案。阐述了4种SLCPs物质在不同机制下产生的直接和间接气候效应,以及对应的气候效应发生的机理和相关的大气化学过程,最后总结了国内外在研究SLCPs的大气浓度、区域排放、气候效应、辐射强迫及减排措施的研究方法,指出了研究中存在的不确定性因素及解决方案。     

中国大气气溶胶及其气候效应的研究

介绍了2006年新立项的国家重点基础研究发展计划项目“中国大气气溶胶及其气候效应的研究”的目的、意义、关键科学问题等。该项目预期在中国大气气溶胶理化和光学特性的时空分布特征、气溶胶数值模拟及大气灰霾数值预报方法、气溶胶直接—间接辐射特性、气候效应等方面开展系统的研究,从而降低气溶胶气候效应研究中的不确定性,提高气候预估的可信度。同时提高描述和预报区域大气污染的能力。不仅在全球气候变化这一重大科学问题上做出相应的贡献,也为国家环境外交、区域大气灰霾污染控制提供科学支持。     

大气沉降对海洋初级生产过程与氮循环的影响研究进展

大气沉降通过为海洋提供外源性氮、磷和铁等微量元素,可显著影响海洋氮、碳循环过程,并产生气候效应。一方面促进海洋初级生产和生物固氮,增强海洋吸收二氧化碳的能力;另一方面影响海洋氮、碳循环路径,增加海洋生物源气溶胶排放量,间接影响气候变化。由于大气沉降对海洋生态系统及气候变化的重要影响,相关科学问题已成为海洋科学与大气科学交叉研究的热点,被多个国际研究计划列为核心研究内容。在大气污染物排放持续增加与沙尘事件频发的背景下,大气沉降对我国东部陆架海(黄海、东海)及其邻近西北太平洋碳、氮循环过程的影响日趋增强,因此该海区已成为大气沉降及其气候影响研究的代表性海域。结合分子生物学和实验生态学手段理解大气沉降影响下的海洋初级生产过程,利用同位素示踪技术研究大气沉降对海洋氮循环的影响,以及获得大气沉降影响下海洋生物源气溶胶排放的观测证据将是未来研究的重点方向。     

用GMS-5气象卫星遥测地面太阳总辐射

由GMS-5静止气象卫星测量的可见先通道的行星反照率。根据地球-大气系统的物理模式反演得到了地面的太阳辐射，该模式以平均气候模式和晴天的气溶胶光学厚度计算晴天的大气吸收、分子和气溶胶散射，其它情况下的散射由行星反照率和晴天的地表反照率推算而得。模式中考虑了水汽和气溶胶的变化对地表太阳辐射的影响。卫星反演的地表太阳辐射与地面观测结果的相关系数高达95%以上。日平均方差约为10％。从比较的结果来看。卫星反演的每时次地面太阳辐射的精度较已有的结果有所提高。     

国际全球大气化学计划第二次气溶胶表征实验（ACE-2）

北大西洋区域的气溶胶表征实验(即ACE-2)是由国际全球大气化学(IGAC)计划署协调组织的第二次大气气溶胶气候效应大型实验,为在全球气候模式中考虑气溶胶作用提供必要资料,减少气溶胶气候强迫计算中的整体不确定性.本次实验集中考察起源于欧洲大陆的人为气溶胶和来源于非洲大陆的沙漠尖埃在北大西洋上空的分布特征.这次大型联合实验历时半月,从1997年7月15日至31日,地点在加那利群岛一带,位于8°W～25°W,23°N～44°N区域.     

大气科学：一个充满活力的前沿科学

着眼于未来发展的若干战略问题,阐述了对当前大气科学发展的状况与趋势的意见,提出了我国未来发展大气科学的思路和重点任务建议,还分析了我国大气科学研究中存在的若干问题并提出一些政策建议。     

比较中美两国大气科学研究的几点认识

通过对中美两国大气科学研究在经费、管理、人才战略等方面的一些简单比较，说明我国大气科学研究，无论在成果、人力物力资源、管理体制和人才战略思想等方面，均与美国有不小的差距。需要我们从管理制度、评价体系、资源信息共享机制、人才战略等方面切实加以改进。     

大气边界层物理学的研究进展和面临的科学问题

回顾了大气边界层物理学的发展历史，总结了该领域国际上目前所取得的主要研究进展，提出国内外在未来大气边界层物理学研究方面可能面临的一些主要科学问题，还对未来大气边界层物理学的发展方向提出若干建议，同时也指出了大气边界层物理学研究在思想和方法上应该注意的一些相关问题。     

干旱区陆面过程和大气边界层研究进展

干旱区陆面过程和大气边界层不仅与气候、生态、水资源密切相关,而且影响我国气候格局和东亚大气环流,是一个十分重要的研究领域,近20多年已取得了比较系统的研究进展.从干旱区陆面热力和水分过程特征、干旱区大气边界层结构特征、干旱区陆面过程参数及其参数化公式、非均匀下垫面大气边界层理论、干旱城市大气边界层特征与污染机理等方面归纳总结了干旱区陆面过程和大气边界层领域取得的部分研究进展.并且,认为科学试验的代表性、复杂下垫面的影响、尺度转化、地表能量不平衡、极端天气过程的相互作用、水分过程的复杂性等问题是干旱区陆面过程和大气边界层研究领域的突出问题和未来研究重点.     

中国岩溶碳汇潜力研究

为了应对全球环境变化,中国地质科学院岩溶地质研究所等单位在地质调查项目的资助下,在中国典型岩溶流域开展了岩溶碳汇调查,建立了岩溶碳汇观测网站,深化了岩溶碳汇过程、影响因素和形成机理研究,发现了岩溶区外源水、土地合理利用、植被恢复和水生光合作用等增加岩溶碳汇的途径,取得了大量的科技创新进展。在调查研究的基础上,将我国岩溶区划分为南方岩溶区、北方岩溶区、青藏高原岩溶区和埋藏岩溶区4种类型区,利用GIS技术计算各区的岩溶面积和岩溶碳汇量,获得中国岩溶碳汇总量为3699.1万tCO2/a,这是我国344万km2岩溶区碳水钙无机循环产生的大气CO2汇。该项研究进展在2011年的《Science》通讯报道中获得高度评价。     

Advances and Trends in Atmospheric Measurement by Smartphones*

With the development and popularization of smartphones and embedded sensors, a non-professional atmospheric measurement method by using smartphones carried by the public has been proposed recently. Without extra dedicated instrument, this method has many advantages, such as low hardware cost, high spatio-temporal resolution, and wide coverage, and it can supplement the professional atmospheric measurement methods, which has broad applications in the meteorological operation, scientific research, public service, and other fields. At present, the research on the non-professional atmospheric measurement in China is limited. In order to make full use of this method, this paper briefly outlined the states of existing smartphones and embedded sensors, highlighted the measurement of precipitation, air temperature, pressure, aerosols, and radiation by smartphones. To promote the development of smartphones for atmospheric measurement, future research should focus on mechanism study, available sources exploration, data quality control, big data processing, joining and matching with operation, research and service, etc.     

南海油气钻井平台遥感监测研究

南海油气资源储量巨大,近年来周边国家对该海域油气资源的争夺日益白热化,南海领土及油气资源归属的矛盾日益突出,及时监测海上油气钻井平台的分布及其变化状况,对维护国家海洋权益和海洋资源环境保护具有重要意义。针对南海油气钻井平台的监测问题,从遥感影像的数据源选择和识别方法2个方面对近年来南海油气钻井平台的遥感监测情况进行了分析总结,同时聚焦目前对南海油气钻井平台的监测需求,分析了当前研究面临的问题和挑战,提出了下一步研究方向。     

叠层石研究现状及进展

在地球早期生命演化过程中,叠层石-微生物席生态系统主宰地球海洋近30亿年,叠层石作为微生物岩,是一种特殊的生物沉积构造,记录了大量的微生物、环境、地球化学和地球物理等方面的信息。叠层石研究经历了迂回曲折的道路,本文在综述国内外叠层石研究现状的基础上,重点阐述了中国叠层石研究取得的主要成绩和存在的不足,并从多学科交叉融合的角度,结合上下地层岩相变化,提出叠层石研究的新方法和新思路,为我国今后叠层石的研究和古环境的重建提供参考。     

中国地质调查局2000—2014年科研态势分析——基于文献计量学方法研究

以中国地质调查局为研究对象,基于文献计量学研究方法,对中国地质调查局2010—2014年被SCI-E、SSCI、CPCI-S数据库收录的研究型论文的产出、研究领域、研究热点、机构合作等情况进行了统计分析,以期从一个侧面对中国地质调查局的科研发展态势进行判读。     

北山内蒙古地区铁矿成矿特征及其找矿前景

北山地区是中国一个重要的成矿区,内蒙古西部是该成矿区的一部分,其中矿产资源丰富.目前已发现的矿种中,以铁矿规模最大、类型最复杂、矿点最多,但由于地表条件较差,其工作程度均较低.作者对该区铁矿资源的成矿规律、潜力评价等方面开展了大量工作,首次将该区铁矿床划分为6大类型,并对每类铁矿床的成矿特征、成矿环境等进行了较详细的研究.从地质历史发展角度,对各个时期铁矿床的形成背景、成矿条件等做了深入分析,指出了北山内蒙古地区铁矿的找矿方向,这对该区今后找矿工作具有指导意义.