空气污染

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TUhjnbcbe - 2020/11/17 15:34:00
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图片来源网络

青藏高原,被称为地球的“第三极”,在区域和全球气候系统中发挥着主导作用。它控制亚洲季风的形成,并影响整个亚欧大陆的空气和水汽输送。青藏高原水资源丰富,为多个国家数十亿人口提供生产及生活用水,在区域*治与经济稳定中扮演着重要角色。然而,青藏高原近几十年正经历着显著的气候变化,如超过全球平均增温速度的变暖和太阳辐射的减少(变暗)。

梁顺林教授团队近期在《AtmosphericChemistryandPhysics》发表了名为《AirpollutionslowsdownsurfacewarmingovertheTibetanPlateau》的论文,揭示了空气污染是导致该地区太阳辐射下降的主因,并通过多模型模拟和参数化的方法,量化了气溶胶减缓增温的幅度。

文章亮点

结合遥感卫星产品,18种气候模型,以及地表观测数据,开发了青藏高原地区长时间序列(–年)地表下行辐射数据集,并获取了该地区辐射的时空变化趋势。

通过多源卫星观测,再分析数据分析,以及模型模拟,证实了是人类活动排放的气溶胶,阻隔了阳光抵达地表,导致了青藏高原地区的“变暗”。

量化了空气污染造成的增温放缓幅度,揭示了空气污染通过影响地表辐射收支继而掩盖并放缓了青藏高原的增温速度,表明人类活动对于偏远地区的气候影响愈发显著。

科学问题和目标

青藏高原地区“变暗”的原因未有一致性的结论。虽然前人的诸多研究,通过站点,遥感卫星以及模型数据表明,近些年该地区出现了太阳辐射下降的现象,但对于该现象的归因一直无定论。其中的困难主要包括青藏高原地区站点观测数量较少,有限的站点很难代表整个地区的环境变化,此外,模型模拟虽然可以获取整个地区的长时间序列气候因子变化,但是精度不足;而遥感数据拥有很好的空间覆盖和精度,但是时间跨度有限,难以直接用于气候(30年)变化问题分析。

此外,驱动地表辐射收支变化的环境因子影响量级(以增温为例),依然没有进行有效地量化。近些年,虽然许多研究聚焦气溶胶在不同地区的辐射收支中的影响,但是量级甚至正负都存在很大的差异。因此,该因子在青藏高原地区气候变暖中扮演的角色,亟待证实。

本文意在通过高精度的遥感地表辐射产品,对18种模型数据进行融合和标定,获取青藏高原地区,时空连续的高精度的长时间序列地表辐射数据,后对该地区“变暗”的现象进行归因,并量化气溶胶对于该地区气候变暖现象的影响。

主要结果

图1青藏高原地区近地表温度以及下行短波和长波辐射的时空变化趋势分布图

利用高精度遥感产品作为参照,本文对18种气候模型进行标定和融合后,长时间序列的青藏高原地区下行辐射时空变化如图1。在年后,长波下行辐射显著上升,而温度上升较慢,相较而言,太阳辐射在该地区显著下降(变暗),文章认为是太阳辐射的降低减少了地表能量收支,进而减缓了地表增温的速度。

图2青藏高原地区多源数据获取的诸辐射影响因子的时间序列变化图

(a)气溶胶光学厚度;(b)PM2.5和尘土;

(c)云量;(d)大气层顶星球反照率;

(e)大气水汽含量

本文对太阳辐射的下降进行了归因分析。文章对来自多源遥感卫星和再分析数据的气象因子进行了时间序列分析(图2):气溶胶在近几十年呈现上升趋势,其中PM2.5呈现上升而灰尘呈现下降趋势。此外,云量缓慢减少,水汽含量在年前后呈现显著拐点,但太阳辐射并未表现出类似的变化,因此文章推断太阳辐射的减少主要与气溶胶增加有关,来自南亚,东亚,以及东南亚的气溶胶通过大气被输送到青藏高原上空,对太阳入射辐射进行了散射和吸收,导致了地表接收的太阳辐射减少。又因为PM2.5微粒半径极小,无法自然形成,被普遍认为是人类生产活动排放,故推测该地区的“变暗”主导因子为人类活动排放的污染物。

图3青藏高原地区不同驱动因子设定下多模型模拟的太阳辐射时间序列变化以及最优指纹法的归因统计

并且,文章还利用多个模型,在不同的驱动条件下,对历史的太阳辐射数据进行了模拟。模拟结果表明,仅人工气溶胶驱动条件下太阳辐射的变化贴近真实历史变化,而自然条件驱动(如云,水汽)的模型结果未能模拟出变暗的变化现象。同时,最优指纹法的统计结果同样验证了该结论。

图4参数化和模型两种方法估算得到的去除气溶胶影响后青藏高原地区增温以及实际增温的时间序列

最后,文章利用参数化的方法和多模型模拟,对气溶胶在青藏高原地区的增温抑制效应进行了量化。两种方法得到的结果相似,进而求取均值后呈现于图4。青藏高原地区在夏季气溶胶影响较大而增温较为缓慢,其抑制的量级可达0.80±0.28K(48.6±17.3%)。量化气溶胶对于该地区增温的抑制效应,可以帮助我们理解人类活动对于偏远地区气候变化的影响,也更好地指导人类进行生产建设,大气污染治理,和环境保护。

本文第一作者为AolinJia,通讯作者为ShunlinLiang,合作作者包括DongdongWang,BoJiang,XiaotongZhang。合作单位涉及马里兰大学地理科学系,北京师范大学地理科学学部,中国遥感科学国家重点实验室。

JiaAolin,LiangShunlin,etal.AirpollutionslowsdownsurfacewarmingovertheTibetanPlateau.AtmosphericChemistryandPhysics,,20(2):-.

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