空气污染-气候相互作用:IPCC AR6的结论解读

本文解读最近发布的政府间气候变化专门委员会（Intergovernmental Panel on Climate Change,IPCC）第六次气候变化评估报告（Sixth Assessment Report,AR6）关于空气污染-气候相互作用的主要新结论。在大气污染物的气候效应方面,AR6估算了大气污染物或其前体物排放变化导致的有效辐射强迫值（Effective Radiative Forcing,ERF）,对评估大气污染治理可能产生的气候效应具有启示性意义。AR6也估算出1750—2019年间人为强迫导致的全球平均地表温度（Global mean Surface Air Temperature,GSAT）变化为1.29（0.99～1.65）℃,其中,均匀混合温室气体、臭氧、气溶胶导致的温度变化分别为1.58（1.17～2.17）℃、0.23（0.11～0.39）℃、-0.50（-0.22～-0.96）℃。气溶胶历史变化的气候效应中,起决定性作用的是由SO₂排放变化通过气溶胶-云相互作用所产生的ERF （高信度）,从而部分抵消了人为排放温室气体所引起的变暖（高信度）。在气候变化影响大气污染物方面,AR6首次评估获得了地表臭氧浓度对温度的敏感性,在偏远地区为-0.2 ～-2 nL·L^-1·℃^-1、在污染区为0.2 ～2 nL·L^-1·℃^-1。在大多数陆地区域,关于气候变化是增加还是减少PM_2.5,目前模式结果结论的一致性较低。     

2014—2019年北京和南京地区PM2.5和臭氧质量浓度相关性研究

自2014年以来,中国细颗粒物（PM_2.5）浓度大幅度下降,但臭氧（O₃）浓度逐年缓慢上升,厘清PM_2.5和O₃（P-O）相关性尤为关键.在本研究中,2014—2019年北京和南京PM_2.5年均质量浓度下降幅度分别为-6.86和-6.15 μg·m^-3·a^-1;而日最大8小时平均O₃质量浓度（MDA8 O₃）年均增长幅度为1.50和1.75 μg·m^-3·a^-1.研究期间,北京地区MDA8 O₃质量浓度小于100 μg·m^-3,P-O呈负相关;而当质量浓度大于100 μg·m^-3时,P-O为正相关.通过Pearson相关系数研究P-O两者相关性.在两个城市每月相关性分析中,在每日时间尺度5—9月为强的正相关;而小时时间尺度11月至次年2月趋于负相关.在北京,P-O每月和季节相关性变化大于南京.在日变化中,夏季在16时为强的正相关,春秋两季在13—17时为弱的正相关,而在春、秋和冬季8时,却为强的负相关.     

短寿命气候强迫因子的自然源排放及气候反馈:IPCC AR6解读

短寿命气候强迫因子(Short-lived Climate Forcers,SLCFs)对大气污染和气候变化具有重要影响,政府间气候变化专门委员会(IPCC,2021)第六次评估报告(AR6)首次专门设立了关于SLCFs的独立章节,除了对人为源SLCFs评估以外,报告也包含了对于自然源SLCFs及其气候反馈的评估。特别地,在未来气候变暖和人为SLCFs持续减排的背景下,加深对SLCFs的自然源排放及其气候反馈的认识将更为重要。本文从自然源SLCFs排放评估、历史和未来气候情景下的排放变化、SLCFs的气候反馈几个方面解读了AR6中有关的最新结论。未来气候变暖情形下,闪电源NO_x、植被源BVOCs、生物质燃烧排放将会增加,土壤源NO_x、沙尘、海盐颗粒物和二甲基硫(Dimethlysulfide,DMS)对于气候变化的敏感性难以定量。同时,气候变化驱动着SLCFs的排放量、大气含量或寿命的改变,这些过程整体上造成的负反馈参数为-0.20 W/m²/℃(-0.41～+0.01 W/m²/℃),可能从一定程度上缓解气候变暖。     

低温弱光对设施番茄苗期营养物质和干物质分配的影响

本试验以PAR （光合有效辐射）800 μmol·m^-2·s^-1，温度25℃为对照（CK），设置6个处理[L1T1（PAR 200 μmol·m^-2·s^-1，4℃）、L1T2（PAR 200 μmol·m^-2·s^-1，6℃）、L1T3（PAR 200 μmol·m^-2·s^-1，8℃）、L2T1（PAR 400 μmol·m^-2·s^-1，4℃）、L2T2（PAR 400 μmol·m^-2·s^-1，6℃）和L2T3（PAR 400 μmol·m^-2·s^-1，8℃）]，分别处理6、12、24、48和72 h，以研究低温弱光双重胁迫对番茄苗期干物质分配以及不同器官的可溶性糖、可溶性蛋白和游离氨基酸含量的影响.结果表明：低温弱光双重胁迫使地下部分干物质分配比例减小，而对地上部分干物质分配比例无显著影响，地下部分的干物质分配比例随时间的变化与地上部分相反；低温弱光胁迫显著降低了番茄茎和叶片的可溶性糖、可溶性蛋白和游离氨基酸的含量；根的可溶性糖含量随胁迫时间的变化趋势与地上部分不一致，但根、茎、叶片的可溶性糖含量均以L2T3处理72 h含量最高，分别为94.88、77.09和41.62 mg·g^-1；根的可溶性蛋白含量随胁迫时间的变化趋势与地上部分不一致，茎和叶片的可溶性蛋白含量均以L2T3处理12 h最高，以L1T1处理72 h最低；不同器官的游离氨基酸含量随胁迫时间的变化趋势与可溶性蛋白相反；弱光对番茄干物质和营养物质含量的影响小于低温.研究证实苗期番茄在低温弱光胁迫前期，干物质和营养物质先向地上部分分配，胁迫24 h后则更多地向根系积累.     

锡林浩特草原CO2通量特征及其影响因素分析

利用锡林浩特国家气候观象台开路涡度相关系统、辐射土壤观测系统,测得的长期连续通量观测数据,对锡林浩特草原2009—2011年期间的CO₂通量观测特征进行了分析。结果表明:CO₂通量存在明显的年际、季节和日变化特征。3 a中NEE年际变率达到200 g·m^-2,季节变率最大达到460 g·m^-2,日变化幅度生长季最大达到0.25 mg·m^-2·s^-1。通过不同时间尺度碳通量与温度、水分、辐射等环境因子的分析,认为CO₂通量日变化主要受温度和光合有效辐射影响,而季节变化和年变化主要受降水和土壤含水量的影响。降水强度及时间分布是制约牧草CO₂吸收的关键因素,大于15%的土壤含水量有利于促进牧草生长。     

基于LAS观测的城镇感热通量时空特征及影响因素

利用2018年4月—2019年4月南京盘城大孔径闪烁仪(Large Aperture Scintillometer,LAS)观测数据,分析了城镇感热通量的时空变化特征及影响因素。结果表明:1)南京城镇感热通量呈单峰型日变化特征,白天明显大于夜间,且白天晴天明显大于阴天,夜间晴天略小于阴天,晴、阴天小时感热通量年平均分别在2.25～200.53 W·m^-2、13.10～132.52 W·m^-2波动。2)城镇感热通量夏季明显大于冬季,8月昼、夜分别为112.19、23.54 W·m^-2,2月昼、夜分别为35.57、11.57 W·m^-2。3)晴天白天条件下,不同风向(通量贡献源区)城镇感热通量存在显著差异,即随着不透水层占比的增加,净辐射分配到感热通量的比例明显提高,当占比大于60％时提高趋势不明显。4)以莫宁-奥布霍夫长度判断大气稳定度为标准,C²_n法在计算感热通量的5种大气稳定度判断方法中的误判率较低且数据源于LAS,是比较适宜城镇夜间大气稳定度的判断方法。5)在影响城镇感热通量的地表参数中,有效高度变化的影响最大,风速变化的影响较大特别在秋冬季节更为明显,波文比变化对城镇感热通量的影响较小,温度、地表粗糙度和零平面位移变化的影响可忽略不计。     

华北平原冬麦田土壤CH4的吸收特征研究

利用静态箱/气相色谱(GC)法,对华北平原冬小麦拔节-成熟期间麦田土壤CH₄气体通量进行了测定,得出华北平原典型冬麦田土壤是大气CH₄的弱吸收汇。试验期间土壤CH₄通量存在明显的季节变化和日变化,麦田拔节-成熟期间土壤CH₄通量日平均值为-18.3μg·m^-2·h^-1,波动范围为-4.3-24.4μg·m^-2·h^-1;在土壤CH₄通量的日变化中,观测到麦田土壤在午间和夜间都有一个吸收峰,峰值出现的时间因生育期不同而有所不同。试验期间CH₄通量日平均值与土壤温度关系不明显,而与土壤水分呈负相关(α=0.01);日变化中土壤CH₄通量与地表温度的相关性较差,而与5cm地温相关密切。麦田拔节-成熟期间土壤CH₄通量日平均值随NH4+-N施用量的增加呈递减规律,农田秸秆还田后不利于土壤对CH₄的吸收。     

祁连山空中云水资源开发潜力研究新进展

祁连山及河西走廊地区是我国气候变化敏感区和生态脆弱区。本文通过对2005a以来祁连山云水资源相关最新研究成果的总结,旨在揭示气候变暖对祁连山云水资源影响包括气候变化、水汽时空变化、地形云特征的基础上,分析评估了祁连山云水资源开发潜力及效益。实验研究表明,在祁连山区开展人工增雨(雪)作业,每年可增加降水量3.7×10_⁸～７.4×10_⁸m_³。近10年来,甘肃春季飞机人工增雨作业年均增加降水量为13.5×10_⁸m_³,平均投入产出比为1:30。     

有效辐射强迫的概念及其最新估值:IPCC AR6解读

依据政府间气候变化专门委员会 (IPCC) 第六次评估报告 (AR6) 第一工作组 (WGI) 报告第七章的内容,详细介绍了AR6最新定义的有效辐射强迫 (ERF)及其计算方法,并给出了自工业革命以来 (1750—2019年) 各气候辐射强迫因子ERF的最佳估值。根据AR6的最新评估,工业革命以来总人为ERF的估值为2.72 (1.96～3.48) W·m^-2,相较于AR5 估计结果 (1750—2011年) 增长了0.43 W·m^-2。2011年后温室气体浓度的增加及其辐射效率的修正是造成总人为ERF增加的主要原因。自工业革命以来温室气体浓度变化造成的ERF为3.84 (3.46～4.22) W·m^-2,二氧化碳仍然是其中的最大贡献因素 (56％±16％)。而气溶胶的总ERF (气溶胶-辐射相互作用 (ERFari) 与气溶胶-云相互作用 (ERFaci) 的总和) 为-1.1(-1.7～-0.4) W·m^-2,其中ERFari贡献20％～25％,ERFaci贡献接近75％～80％。AR6中气溶胶的总ERF的估算相较于AR5在数值上有所增加,而不确定性有所减少。但由于没有考虑部分重要的调整过程,ERFaci仍然存在较大的不确定性。     

2016年冬季南京地区大气污染特征的观测分析

基于2016年11月24日—12月23日南京市草场门站、鼓楼站和仙林站的强化试验观测资料,分析了城市和郊区主要大气污染物的时空变化特征及其与气象要素的相互关系。研究发现：观测期间南京PM_2.5、PM₁₀、NO₂、O₃、CO、SO₂月均质量浓度分别为52.84~84.34 μg·m^-3、88.36~120.34 μg·m^-3、49.98~51.66 μg·m^-3、24.85~50.57 μg·m^-3、0.99~1.2 mg·m^-3和22.1~26.48 μg·m^-3;近地面,城市大气污染物质量浓度高于郊区,其中城市O₃比郊区高61.0%;在城市地区,除NO₂和CO外,鼓楼站大气污染物质量浓度高于草场门站,其中鼓楼站PM_2.5比草场门站高42.7%;PM_2.5小时质量浓度最大为210.93 μg·m^-3,重污染过程出现时风速较低、温度较高,郊区PM₁₀、PM_2.5、NO₂质量浓度呈现高值时的最频风向为南风,O₃和SO₂质量浓度呈现高值时的最频风向分别为西风和西南风,所以郊区大气污染受城市输送影响。利用HYSPLIT模式研究发现12月4—8日和16—20日的污染气团分别来自西部和北方地区,聚类分析发现12月影响南京市的污染气团45%来自西部地区且移动速度较快,55%来自北方地区且移动速度较慢。由此可见,南京市冬季出现的大气污染,其形成不仅与本地排放和局地气象条件有关,而且西部和北方地区的远距离输送也会造成影响。     

南方上半月连日阴雨 北方下半月气温偏高——2002年5月

今年 5月 ,与常年同期相比 ,除东北大部、华北北部、华南东部、内蒙古东部和南疆大部等地降水明显偏少外 ,我国其余大部地区降水偏多或接近常年。本月全国大部地区气温接近常年或偏低 ,其中黄淮西部、江淮大部、西南地区东部、湖北和湖南北部等地的气温偏低 1～ 2℃ ,东北和华南东部沿海偏高 1～ 2℃。本月有一个热带风暴生成。1　天气概况5月份降水量 ,西南东部地区、黄淮大部及其以南地区在 10 0ｍｍ以上 ,其中江南及重庆大部、贵州大部、云南西南部、广西、广东中部等地一般有 2 0 0～ 330ｍｍ ,局部地区达 330～ 4 70ｍｍ ;东北、华北、…     

青藏高原地表热力异常与我国江淮地区夏季降水的关系

利用NCEP/NCAR再分析月平均资料和中国160站降水资料,分析了1951～2000年间5月青藏高原主体、高原东部和高原西部（90°E分界）地表温度的变化特征及其与江淮地区夏季降水的关系。结果发现:在研究高原热力异常对我国江淮地区夏季降水的影响时,要考虑到高原热力状况的空间差异对其的影响。相关分析发现,与高原主体和高原西部相比,高原东部地表温度变化对7月江淮地区的降水有更好的指示性。高原东部和其以北区域的大尺度热力差异比高原本身的热力异常对江淮地区夏季降水有更好的指示意义,可以作为我国江淮地区夏季降水的一个预报因子。     

近十年中国海效应降雪研究进展

海效应降雪的发生发展机制与内陆地区降雪有明显区别。中国渤海中东部、渤海海峡、黄海、东海海面及其沿海地区均可产生海效应降雪,以山东半岛的烟台和威海地区最为显著。从各海域海效应降雪的分布特征、渤海海效应暴雪的多尺度作用、地形对渤海海效应暴雪的影响、海效应降雪的研究资料、方法和数值预报检验等5个方面总结了近十年中国海效应降雪的主要研究进展,旨在进一步加深对海效应降雪的理解和认识。并针对当前预报业务难点和研究的薄弱环节提出了未来的研究重点。     

湿大气的广义位温与干大气位温及饱和湿大气相当位温的比较

实际大气既非完全是干空气,也不是处处达到饱和的湿空气,而是处于含有水汽但又不饱和的湿空气状态。基于这样一种湿大气状态,在湿大气中广义位温定义的基础上,对不同暴雨类型的广义位温与干大气的位温及饱和湿大气的相当位温做了比较。对2003年江淮流域暴雨过程、2004年华北一次暴雨过程以及2006年碧利斯台风中的位温、相当位温和广义位温分布的对比分析表明:即使是在暴雨系统中,湿空气的相对湿度也不一定达到100%,饱和湿空气相当位温的引入条件不能完全满足。而广义位温的定义用一个表达式就可以表示出于大气、未饱和湿大气以及饱和湿大气这3种大气状态的位温,位温和相当位温则是广义位温的特殊情况。当大气比湿为零时,广义位温就变成位温;当大气比湿达到饱和后,广义位温就变成相当位温。除了可以衔接干大气位温和饱和湿大气的相当位温外,广义位温包含了水汽由干到湿再到饱和的变化过程,更好地体现了大气中水汽的实际分布和变化特征。     

东亚地区对流层上层大气环流年进程的研究

利用NCEP-NCAR月平均的高空风场资料,对东亚对流层上层大气环流变化的年进程进行了分析研究,发现北半球西风急流、热带东风气流、越赤道气流、南亚高压和太平洋中部存在明显的季节变化,而且它们之间这种年进程相互关联.     

Fluctuations in the length of the growing season in Minnesota

Fluctuations in growing season length and in the dates of the last spring freeze and first fall freeze between 1899 and 1982 were studied for five rural Minnesota stations with long, high quality records. A general increase in growing season length was found, but there was substantial variation in the pattern of fluctuations among the stations. The increase in growing season length is not clearly and uniformly related to changes in the dates of first and last freezes. The interannual variability of growing season duration is on the order of the increase in duration so that the change would not be readily apparent to a casual observer. Our results do not correspond well with certain other studies of growing season length nor with fluctuations in hemispheric mean temperature. We conclude that extreme care must be used in extrapolating results of growing season length studies in space and in relating them to mean temperature fluctuations.     

江苏近10 a高架雷暴特征分析

对2007—2016年发生在江苏地区的冬半年雷暴进行特征分析,筛选出12次典型的高架雷暴天气过程,揭示江苏发生高架雷暴的时空分布特征和典型的环流形势,发现逆温层顶之上的不稳定浅层和上下层强垂直风切变分别为高架雷暴的发生提供弱热力不稳定和强动力不稳定条件。强垂直风切变、850 hPa附近强烈的锋生导致的锋面次级环流,高空槽前正涡度平流随高度增加以及高层辐散、低层辐合造成的抽吸作用,为高架雷暴的发生和维持提供逆温层之上的动力抬升条件。高架雷暴发生时高仰角反射率因子呈现出类似零度层亮带的环形特征,对流单体不断生成在圆环附近。初步归纳了江苏高架雷暴的预报着眼点:500 hPa先后高空槽东移,700 hPa有16 m·s~(-1)以上的西南急流,850 hPa切变线东伸,存在逆温层顶高于1. 5 km,逆温强度大于5℃的较强逆温,0～6 km垂直风切变超过18 m·s~(-1),700 hPa与500 hPa温度差在15℃以上以及700hPa的相对湿度高于80%,且比湿在5～6 g·kg~(-1)。     

青藏高原近地面层微气象学特征

利用1998年5月-7月在改则、当雄和昌都三测站获得的近地面层气象要素变化的观测资料，分析了青藏高原近地面层风速、温度和湿度日变化特征及廓线规律，发现高原近地面层微气象学特征具有自己的特点；同时还讨论了高原近地面层白天出现的逆湿现象。     

北半球中层大气中NOx的垂直分布特征

对UARS卫星1992、1993、1994、1995、1996、1998年夏季的HALOE观测资料分别进行客观分析,把卫星观测资料插值到5°×5°的网格点上.并分别做了30°N和40°N多年平均NO2和NO混合比的垂直剖面分析,各年同纬度不同经度及同经度不同纬度处NO和NO2混合比的垂直分布特征分析.结果表明NO混合比含量在1hPa和l×10-5hPa高度处有两个峰值,0.1hPa处是一个极小值,50hPa到0.3hPa之间NO混合比含量非常稳定,而0.1hPa以上NO含量向上增长.在热层中的NO混合比分布有一定起伏.NO2混合比含量在l00hPa及0.5hPa高度处是极小值,从5hPa到10hPa则为最大值.但l00hPa以下进入对流层后含量急剧增加,往往会超过10-8.在平流层中NO2分布廓线基本吻合,同纬度不同经度极值出现的位置变化不大,但不同纬度极值的位置有一定差异,低纬区极值位置偏高.在中层大气中NOx(NO+NO2)和O3具有非常相似的分布特征,尤其在平流层,它们几乎在同一高度达到极值,说明它们之间有非常密切的联系.     

鲁中山区东北部丘陵地区霜冻特征分析

利用临朐县1980-2008年29年间作物生育季节3—11月的所有“黑、白”霜观测记录,对鲁中山区东北部丘陵地区霜冻进行统计分析。结果表明,鲁中山区东北部丘陵地区霜冻有明显的地域特征,即霜冻危害较重的季节在3—4月份;霜冻类型以辐射霜冻为主;霜冻发生的气候特征与当地地形地貌密切相关;从而为鲁中山区东北部丘陵地区霜冻的预测预报提供可靠的依据。