商讨发现空气污染对中外变暖有禁绝功效彩世界
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近日,一项由中外科学家共同完成的研究阐明了空气污染对全球变暖的影响,指出人类活动排放产生的气溶胶颗粒污染对地球有降温作用,可以部分抵消温室气体引起的全球变暖。相关研究成果发表在《科学》杂志。

该论文共同第一作者为Daniel Rosenfeld教授及朱延年博士,共同通讯作者为希伯来大学Daniel Rosenfeld教授、南京大学汪名怀教授及浙江大学环境与资源学院俞绍才教授。

在研究中,科学家基于新发展的云滴数浓度和云底上升速度的反演方法,得到了在云底过饱和度下对应的云凝结核浓度,巧妙地解决了前期使用气溶胶光学信号来研究气溶胶—云相互作用的困难;通过使用气象要素对云进行分类,然后在每类中研究CCN对云的影响,这样较为有效地排除了气象要素对结果的干扰。

图2. 卫星反演的云量和云的辐射强迫随云滴数浓度变化。这里云按照几何厚度大小分为5类。

论文第一作者、以色列希伯来大学教授Daniel Rosenfeld表示,在全球变暖的大背景不变的情况下,如果气溶胶确实导致比先前估计更大的冷却效应,为了抵消这部分冷却效应,那么当前温室气体的变暖效应也应该比先前的估计更大。此外,他还提出了一种更有可能但尚未证实的可能性——深厚云和高云带来的加热效应也可能抵消了低云的冷却效应。

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该研究可以更准确地量化评估气溶胶影响云而带来的气候效应,提高未来气候预测的准确性。俞绍才说:“我们的发现显示了空气污染可能抵消全球变暖的一线希望,气溶胶强烈的冷却效应表明,在海洋云层中加入气溶胶的地球工程方法可能是一种有效人为地降低全球温度的方法。然而,除非我们面临气候紧急情况,如由于极地冰盖融化导致海平面突然上升,否则不应该这样做。”

全球变暖可能导致的气候变化,直接影响的人类生活方式。由人为排放的温室气体引起全球变暖是目前的共识,因此需要向可再生能源过渡以减轻这些排放带来的影响。然而,时至今日,全球变暖的量化评估仍存在很大的不确定性,变暖的幅度在1.5到4.5度之间,而每增加一度就会带来更大的风险。

研究发现空气污染对全球变暖有抑制作用

此研究由以色列希伯来大学DanielRosenfeld教授领衔,联合了国内外科学家一同完成,包括陕西省气象研究所朱延年博士、南京大学汪名怀教授、美国马里兰大学Youtong Zheng博士、德国莱比锡大学Tom Goren博士和浙江大学环境与资源学院俞绍才教授。浙江大学的研究得到国家自然科学基金国际合作与交流项目(No. 41561144004)、国家自然科学基金面上项目(No. 41575136; 21577126)和科技部重点项目(No. 2016YFC0202702)及浙江大学空气污染与健康研究中心(No. 14-585302-001)的资助。

论文相关信息:DOI:10.1126/science.aav0566.

此研究指出人类活动排放产生的气溶胶颗粒污染对地球降温作用可以部分抵消温室气体引起的全球变暖。研究表明,气溶胶通过对云的影响从而产生的气候系统冷却作用比以前评估的要大得多。气溶胶是悬浮在空气中的微小颗粒,可以由自然形成,也可人为形成(如自化石和非化石燃料的燃烧、交通运输以及各种工业排放产生的烟雾, 即灰霾)。气溶胶作为云凝结核,当空气抬升和冷却时,水蒸气凝结在气溶胶颗粒上并形成云滴。云是通过空气抬升和冷却的气象过程形成,但云的微物理结构很大程度上由气溶胶决定。当空气中存在大量气溶胶颗粒物,所形成的云是有大量的小云滴组成的,云滴越小通过碰并产生的云滴的时间越长。因此,被污染的云含有更多的云水、存在时间更长、覆盖范围更大,从而将更多来自太阳的能量反射回太空,导致地球降温效应。

云的微物理结构很大程度上由气溶胶决定,气溶胶作为云凝结核,当空气抬升和冷却时,水蒸气凝结在气溶胶颗粒上并形成云滴。“当空气中存在大量气溶胶颗粒物,所形成的云是由大量的小云滴组成的,云滴越小通过碰并产生云滴的时间越长。因此,被污染的云含有更多的云水、存在时间更长、覆盖范围更大,从而将更多来自太阳的能量反射回太空,导致地球降温效应”。该论文共同通讯作者、浙江大学教授俞绍才说。

图3.不同几何厚度(Cloud Geometrical Thickness,CGT),海洋性低云中云滴数浓度和云物理的概念图。气象条件决定了CGT云凝结核(Cloud Condensation Nuclei,CCN)决定了云滴浓度(Cloud Drop Concentration,Nd)。云量随着气溶胶的增加和云发展的更厚而增加。降水的发展与云量和云水路径的减少有关,可能是由于降水过程耗尽云水并形成干的下降气流破坏云的覆盖。降雨强度随着云顶有效半径和云厚的增加而增加。 因此,较深厚的云可以在较大Nd处形成降水并且云量下降,但浅薄的云则不可以。这个概念模型只是为了说明不同的云厚产生降水过程与Nd的关系。并非文章的主要内容。

在这项研究之前,由于无法将云的抬升影响与决定云的属性的气溶胶的影响分离,导致无法准确评估气溶胶对云的影响所产生的气候效应。研究团队开发了同时计算云的抬升速度和云微物理参数的卫星反演算法,并将这些反演算法应用于赤道和南纬40度之间的海洋性低层云多发区域。

一项由中外科学家完成的突破性研究于2019年1月17日在线发表在国际顶级期刊《Science》上 ( droplet concentrations dominate coverage and water of oceanic low level clouds"),该研究阐明了空气污染对全球变暖的影响。该研究表明气溶胶驱动的液滴浓度是主导海洋低层云的覆盖和水的重要因素。对海洋上的云凝结核气溶胶缺乏可靠估计严重限制了人们通过反射太阳辐射来量化它们对云特性和冷却程度的影响的能力,这是人为气候强迫的一个关键不确定因素。研究人员在该文章中介绍了一种将云属性归因于CCN并将气溶胶效应与气象效应隔离开来的方法。 它的应用表明,对于给定的气象学,CCN解释了云辐射冷却效应的3/4变化,主要是通过影响浅云覆盖和水路径。 这表明云辐射对CCN的敏感性比先前报道的要高得多,这意味着如果将CCN纳入目前的气候模型中,则会导致冷却过度。这暗示了未知的补偿气溶胶变暖效应可能通过深层云层。

研究发现气溶胶导致云水含量和云区覆盖范围显着增加,云水路径对南半球海域的云凝结核变化非常敏感。该成果揭示在给定气象条件下,通过影响云水路径和运量,云凝结核的变化可以解释海洋低云辐射强迫的大部分变化。

图1. 北美洲西边太平洋海域的卫星图像。颜色表示云滴数浓度,单位为立方厘米。通过观察云滴数浓度的分布,可以很容易的辨别船舶排放的尾迹。当每立方厘米的云滴数量大于50时,降水被抑制的同时云的覆盖面积更大。而在船舶排放尾迹交汇处,云滴的浓度和云面积更大,更大的由小云滴组成的云层导致更多的太阳能量被反射回太空。

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研究团队认为,在全球变暖的大背景不变的情况下,如果气溶胶确实导致比先前估计更大的冷却效应,为了抵消这部分冷却效应,那么当前温室气体的变暖效应也应该比先前的估计更大。因为温室气体会在大气中累积,而气溶胶浓度不会增加,甚至可能随着清洁能源的普及而降低。清洁能源产生的气溶胶较少,而温室气体的排放量不变的情况下,未来变暖的趋势更加明显,这意味着未来的变暖比以前的估计更大。此外,研究团队还提出了一种更有可能但尚未证实的可能性——深厚云和高云带来的加热效应也可能抵消了低云的冷却效应。

相关论文信息:Daniel Rosenfeld*#, Yannian Zhu#, Minghuai Wang*, Youtong Zheng, Tom Goren, and Shaocai Yu*, 2019. Aerosol-driven droplet concentrations dominate coverage and water of oceanic low level clouds, Science, 17 January 2019, Vol 363, Issue 6424. Doi: 10.1126/science.aav0566.

无论哪种可能性,结论都是一样的。目前全球气候预测中没有全面考虑到气溶胶对云的巨大影响和由此产生的气候效应,这导致目前对全球变暖的量化评估存在很大不确定性,此研究的出现可以更准确的量化评估气溶胶影响云而带来的气候效应,提高未来气候预测的准确性。

  1. Haaretz, 6. China.org,

  2. Haaretz—print copy—back cover

  3. Breaking News Israel,

  4. Grapevine, osols-clouds-air-pollution

  5. xinhua—China,

在这项研究之前,由于无法将云的抬升的影响与决定云的属性的气溶胶的影响分离,因此无法准确评估气溶胶对云的影响所产生的气候效应。此研究团队通过开发同时计算云的抬升速度和云微物理参数的卫星反演算法,并将这些反演算法应用于海洋性低云研究。发现气溶胶导致云水含量和云区覆盖范围显着增加,远超出目前的认识,并且具有比先前认识更大的冷却效应。

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