探尋大氣污染與氣候變化相關聯的紐帶

　　 國家防總最近預測表明，今年汛期我國降水總體偏多，同時，華北地區等地同時出現較重旱情，極端天氣現象再次引發公眾關注。

　　“氣候變化研究里有一個重要的任務就是同時要分析、研究氣溶膠的作用，對氣候變化的影響，同時也要研究氣候變化對環境的影響。”前國家氣候中心主任、中國工程院院士丁一匯在接受《中國科學報》記者采訪時如是說。氣溶膠是懸浮在大氣中的微小顆粒物，也是大氣污染物的重要組成部分，它可通過各種機制影響天氣和氣候。

　　作為中國全球變化項目的總負責人和前國際氣象與大氣科學協會主席、中國科學院院士、中科院大氣物理研究所吳國雄研究員表示，氣溶膠之所以越來越引起人們關注，是因為它跟氣候變化息息相關。目前國際前沿是將氣溶膠作為一個紐帶，把局地氣候的現象與全球氣候變化聯系起來，因此氣溶膠研究意義重大。

　　為了研究氣溶膠對我國天氣和氣候變化變化的影響，來自北京師范大學、北京大學、中國科學院、中國氣象局等部門的科研人員一起聯合開展為期近2個月的大型地空綜合試驗，地的氣候專家聚集一起，并于5月底與來自國內外一百多名專家一起交流探討大氣、氣溶膠、邊界層與云的相互作用及對大氣污染、天氣變化等的影響。

　　氣溶膠－全球變化研究的新挑戰

　　會議當天，天高云閑。北京師范大學全球變化與地球系統科學研究院首席科學家，“千人計劃”學者李占清教授是此次會議的組織者也是本次“大氣－氣溶膠—邊界層—云相互作用”綜合試驗的總指揮，該試驗是他主持科技部全球變化研究重大研究計劃項目“云-氣溶膠氣候效應的觀測與模擬研究”和國家自然科學基金委大氣復合污染重大研究計劃、重點研究項目“氣溶膠與邊界層相互作用及其對近地面大氣污染濃度的影響研究”工作的一部分。與會人員首先前往邢臺市皇寺氣象觀測站，進行外場實驗的考察，觀摩。

　　李占清教授即興發表演講，“氣溶膠是空氣污染的重要組成部分，也是影響地球氣候重要因素。空氣污染和全球變化是全人類面臨的重大挑戰，我國面臨的相關問題尤其突出。為了深入了解氣溶膠的形成原因及其對我國天氣氣候的影響，北京師范大學全球變化與地球系統科學研究院在中國科學院，氣象局、人工影響天氣中心、大氣探測中心、河北省氣象局、 邢臺市氣象局等單位的大力支持下，以及參加項目的科學院大氣物理研究所、合肥物質研究院、北京大學等部門廣泛參與下，領導開展了大型地面和飛機的聯合觀測試驗。利用50多種國內外最先進的儀器和探測手段，通過強化觀測得到大量試驗數據，進而獲得到豐富、精確的第一手觀測資料，可全面系統地描述整層大氣柱的各種大氣、氣溶膠、云和地面通量等參數，結合模式模擬可以深入細致的研究大氣過程、尤其是氣溶膠－大氣邊界層－云的相互作用過程，為應對越來越多出現的極端天氣和全球變化問題提供科學依據。”

　　之后，與會人員分別對本次觀測進展了回顧與展望，商討觀測問題，探索解決辦法，深入研究大氣系統與過程，并且加強觀測與模擬相結合，最終進行科學問題提煉討論解決辦法。

　　吳國雄聽了此次會議和試驗的報告后指出，氣溶膠的問題比較復雜，涉及的方面很多，李占清將這么多的專家都邀請來交流，很多團隊都參與共同觀測，這是非常難得的，只有這樣研究才能更加深入開展下去。氣溶膠研究我們國家起步比較晚，需要把各方面的研究團隊聯系起來，來做聯合觀測和學術交流，這是一個非常好的開始，最近上升的勢頭非常好。

　　吳國雄院士進一步指出，之前，大家認為氣溶膠是局地現象，但過去一二十年的研究表明，氣溶膠不僅僅是一個環境局地現象，與全球氣候變化有密切聯系。它通過云、降水、輻射效應，影響到全球的氣候變化，因此通過氣溶膠將小范圍局地現象與大范圍全球氣候變化聯系起來。吳院士表示，“氣溶膠的研究還剛剛開始，我們國家起步比較晚，但最近上升的勢頭非常好，李占清能夠積極的把各方面的研究團隊聯系起來，來做聯合觀測和學術交流，這是一個非常好的開始。”

　　打開潘多拉盒子

　　記者了解到，李占清的研究團隊對氣溶膠的各種氣候效應開展了大量的深入研究，利用大量資料分析和計算機數值模式揭示了大氣氣溶膠、云降水和之間的密切關系。他們團隊組織開展了一系列大型科學試驗，聯合國內外該領域專家，對氣溶膠的各種氣候效應進行了系統、深入的研究，揭示了氣溶膠影響地面太陽能、溫度、風速、云、雷暴、降水和極端天氣等的影響機理和貢獻。發現近幾十年來中國東西部不均勻的溫度變化、南澇北旱、地面風速減小，西部雷暴減小和東南地區增多等多種中國氣候變化的獨特趨勢和類型均與氣溶膠含量增加有一定的關系。這些研究（近百篇在國際知名SCI期刊發表）對研究中國氣候變化規律和成因發揮重要作用。

　　他自2002年起，受國家自然科學基金會海外杰出青年基金、國際合作基金等項目支持先后與中國科學院大氣物理研究所和南京信息工程大學（他的母校）一起，開展一系列合作研究。還利用國外的觀測設備和資料開展研究，包括利用他在美國的研究資源把國外愈千萬美元的最先進的儀器設備和專門人才引進到國內。自2010年在北京師范大學工作以來，他們研發、改進購置了一整套完整大氣、氣溶膠、云降水等一系列先進的儀器設備。多年來， 他培養了一大批研究生和青年學者（其中包括青年千人、白人計劃、杰出青年和優秀青年學者等），并積極推動與國內外眾多單位合作，尤其是中國科學院、中國氣象局、北京大學、南京信息工程大學等單位的合作。該觀測系統具備了在中國開展前沿研究的能力。這些綜合觀測系統集國內外各種先進的探測技術，是開展氣溶膠、云物理、人工影響天氣、天氣和氣候變化研究最完整的觀測設施。

　　作為本項目的跟蹤專家，丁一匯院士從頭至今全程參與指導本項目的開展，也因此非常了結該團隊近年來的科研成果。在會議期間，他向記者介紹了他們的主要科研工作和發現。

　　從他的總結中，記者了解到李占清團隊的該項研究從2000年左右開始做，至少在中國已經做了15年左右的時間，這是第3次大型科學試驗。第1次是在北方做的，主要是根據中國科學院大氣物理所的設備和基地，已經做出了很好的成果。第2次，是把過去的工作又擴散到全國，做全國的觀測，并且兩部分工作的成果在國內外都發表了，表明氣溶膠確實能影響到氣候，特別是影響溫度和降水。當氣溶膠增加的時候，會反射太陽光，太陽光照到地面的量就會減少。減少后就會冷卻，人們會感到比較涼。

　　另外，李占清團隊在中國也發現，還有一種氣溶膠是吸收性的氣溶膠，他們在空氣中會吸收太陽光，轉化成熱量，它能加熱大氣，這也是他們的發現，不同的氣溶膠對太陽光輻射有不同的作用。

　　除了對輻射的作用，他們對降水、云的形成有很多新的發現，他們利用特殊地形、污染物分布和城市化這三個影響局地氣候的主要因素，了解氣溶膠的各種屬性如何影響溫度、降水等氣象要素。這方面他們對以往的氣候變化得到了比較合理的解釋和一致的結果，這也是第二個他們的成果。城市化之后，為什么降水、暴雨增加了，氣溶膠起了一定的作用，從觀測入手他們得到了很多重要的研究成果。

　　現在，李占清團隊又走向更廣泛的對中國季風降水的影響，丁院士指出，他們在國際上是做的最完整最好的一家。他們的一個研究選取陜西省華山地區和關中平原，那是季風最邊遠的地區，并且有地形的影響，他們研究了氣溶膠如何影響降水。后來去了山西，然后這次到河北，也是有大地形，太行山，地形會抬升，抬升后會凝結，凝結后顆粒物（污染物）會增加凝結核,是否增加降水要看水汽怎么樣，他們從影響水汽、影響凝結核角度研究降水、這是一個復雜的物理過程，他們現在已經邁入到化學的工程。如何與水汽產生作用影響水滴，這是一個非常微觀的過程。

　　李占清團隊還有一個特殊的發現是，他們解釋了2013年7月份，在汶川大地震地區，龍門山的山前其時發生了一場大暴雨，那場大暴雨的結果無論通過模型、觀測、理論研究他們證明氣溶膠起著重要的作用，由于氣溶膠的作用，加大了水汽向山里面的輸送，這個機制他們都解釋了，并且國外的雜志被廣泛引用，也被很多頂尖雜志（Nature， Science 等）介紹。

　　丁院士最后總結，李占清團隊研究了東亞季風區、氣溶膠和云、及降水的影響，這些都是創新性的發現。他們立足于觀測，取得第一手資料，然后進行觀測資料的分析，先從事實上揭示出來，然后他們再用模式，用物理的角度來解釋，化學的角度來證實，這樣結論就非常可信。丁院士認為，氣候變化、水資源和環境等問題是公眾最關心也與百姓生活最相關的科學問題。到目前，人們對這些問題之間的關系了解有限，需要他們進一步努力。

　　多面挑戰

　　全球變暖是一個眾所周知的觀測事實，但變暖的成因尚有一些異議。主要是因為變暖的機制有多種。而且相互制約。如何區分溫度的自然變化，溫室氣體排放和城市熱島效應引起的增溫，以及氣溶膠引起的冷卻效應一直是科學難點。

　　李占清團隊提出一種獨特方法，能將這些不同因素引起的溫度變化區分開來。一般而言，氣溶膠降低地面溫度，增加大氣溫度。中國近幾十年因污染濃度增加，抵消了一部分由于溫室氣體增加引起的增溫效應。未來如果污染排放控制的好，大氣變干凈了，溫度有可能報復性增加。

　　李占清指出，他們的科研，不僅開展長期氣候變化趨勢研究，而且重視短時間變化，尤其是極端事件的發生。他們的研究發現氣溶膠可影響旱澇，風暴、雷電、霧霾。目前氣候變化主要關注的焦點在長期的變化方面，但對人民日常生活和國民經濟發展影響更大的是短時間變率，尤其是旱澇事件。他們發現氣溶膠可改變這些極端事件的日變化、周變化、年變化和長期變化趨勢，而且變化趨勢因氣溶膠類型不同而不同。污染地區、下午對流性強降雨和雷暴推遲到傍晚發生；煤煙重污染地區，雷暴天氣減少，硫酸污染區，雷暴天氣增加。

　　他們還發現，極端污染與清潔大氣對同樣云厚的云體，降水發生的概率可相差兩倍以上，這對預報員來講是一個需要考慮但一直被忽略的一個重要預報因子。因此，目前歐洲和美國的天氣預報模式都正在將氣溶膠因子考慮進去。對我國這個污染相對較重的地區，其影響可能更加重要。這也是多個氣象部門積極參加本試驗的一個驅動力。

　　丁一匯院士在接受采訪時也指出，氣溶膠與環境污染之間存在悖論。他認為，二氧化碳減少，溫室氣體就會減少，全球變暖會減緩，如果是氣溶膠減少了，那么冷卻作用就減少了，氣溶膠是冷卻大氣的，可以抵消氣候變暖，這樣一來，空氣會越來越干凈，氣溶膠就少了，冷卻作用就弱了，弱了以后，對增溫減緩的作用就少了。

　　這意味著，如果使環境越來越干凈，氣溶膠的冷卻作用就會減少。氣溶膠和溫室氣體都與人類活動息息相關，它們兩個是捆綁在一起的，隨著二氧化碳不斷地減少，同時，還要考慮冷卻作用減少了，還要加大更強的減排力度才能抵消掉冷卻作用的減少。

　　針對民眾關心的大氣污染治理及全球變暖情況，丁院士指出，2015年，各國首腦曾聚會巴黎參加聯合國氣候變化大會，會上提出要在本世紀末將升溫控制在2攝氏度以下，并盡力向1.5攝氏度努力。要實現這個目標，在空氣質量提高的同時，需要更大力度減排二氧化碳等溫室氣體的排放。如果空氣將來非常干凈之后，我們需要有更強烈的減排力度。氣候不怎么變暖，溫度要下來，不能超過兩度，這可能要到2050年之后，中國2030年之后要初見成效，峰值要下來。污染物要下來，之后還要加大力度減排，減排后慢慢會取得雙贏。