CO_(2)辐射效应与生理效应对气候系统影响异同的模拟研究

基于CESM地球系统模式,模拟研究不同CO_(2)浓度变化情景下,在快响应阶段和平衡阶段,CO_(2)通过影响大气辐射传输过程的辐射效应和通过影响植被气孔的生理效应对气候系统的影响和作用机制异同。试验结果表明,在CO_(2)倍增的情况下,CO_(2)辐射效应和生理效应都会引起全球地表的增温。辐射效应在两个阶段的地表增温中均起主导作用,而在快响应阶段,生理效应在全球陆表增温中贡献率达到了(27.5±0.9)%。CO_(2)辐射效应和生理效应对全球水循环的影响有明显差异。在平衡阶段,CO_(2)辐射效应使全球地表蒸散增加(5.2±0.1)%,径流量增加(8.0±0.4)%;而CO_(2)生理效应使全球地表蒸散量下降(3.9±0.1)%,径流量增加(10.1±0.4)%。在快响应阶段,生理效应在蒸散量的变化中占据主导作用。在CO_(2)倍增试验基础上,又进行了大气CO_(2)浓度分别为400×10^(-6)、600×10^(-6)、800×10^(-6)、1000×10^(-6)的模拟试验。随着CO_(2)浓度的增加,受辐射效应影响,地表温度、蒸散量和降水量出现持续增加,但增幅有所放缓;受CO_(2)生理效应影响,地表蒸散量持续减少,下降幅度并未出现明显变化。CO_(2)辐射效应和生理效应的协同作用具有非线性。对于地表温度、降水和蒸散等变量,CO_(2)辐射效应和生理效应共同作用引起的变化与两者单独作用时引起的变化之和存在差异,且这种差异随着CO_(2)浓度的增加越来越显著。

杭州市大气细颗粒物中铁溶解度的变化特征及影响因素

采集了杭州市污染天和非污染天的PM_(2.5)样品,并进一步获取了PM_(2.5)中可溶铁(FeS)的浓度及%FeS.研究结果显示,采样期间气溶胶中总Fe(FeT)的浓度为(629±296)ng/m^(3)(150~1167ng/m^(3)),FeS的浓度为(51.4±30.5)ng/m^(3)(4.2~90.5ng/m^(3)),%FeS为(7.8%±3.5%)(1.5%~12.9%).污染天PM_(2.5)、FeT和FeS的浓度均明显高于非污染天,且污染天%FeS为9.3%,高于非污染天的5.1%.本研究发现%FeS的差异主要与Fe的来源和大气酸化过程相关,污染天Fe受交通排放和工业排放等人为源的影响更大,且污染天大气酸化程度更强.

浙江省台风报告单自动化制作发布系统设计与实现

目前浙江省气象台的台风报告单制作系统自动化程度低,需要大量手工输入,越来越不能满足现代化天气业务和服务的需求。以浙江省台精细化格点化预报数据为依托,结合数据库系统,将各功能模块整合,设计开发出新一代浙江省台风报告单自动化制作发布系统。新系统可对Word文档进行模块化处理,依据客观化转化规则自动生成文本文字,并自动插入各类必要的图片,从而大大提高了工作效率,减小了出错率。

CMIP6地球工程模式比较计划(GeoMIP)概况与评述

太阳辐射管理地球工程是应对气候变化的备用措施。地球工程模式比较计划(GeoMIP)是第六次国际耦合模式比较计划(CMIP6)的重要组成部分。GeoMIP设计了一系列理想化地球工程试验,包括直接减少太阳辐射强度、向平流层注入硫酸盐气溶胶、向海表上空云层注入气溶胶凝结核、增加海水反照率等。在GeoMIP的统一模拟框架下开展地球工程模拟试验,进一步揭示了不同地球工程措施对全球气候的影响和作用机理,从而帮助我们更好地认知气候系统对地球工程的响应过程。更多的中国气候模式参加GeoMIP将提升我国在地球工程研究和国际气候谈判中的国际影响力和话语权。

IPCC AR6报告解读:气候系统对二氧化碳移除响应

IPCC AR6报告中控温1.5℃和2℃的低排放情景需要在21世纪中叶以后实现净负CO_(2)排放,这需要在很大程度上依赖CO_(2)移除措施。AR6对CO_(2)移除的主要评估结论如下:CO_(2)移除有潜力从大气中去除CO_(2)(高信度);如果CO_(2)移除量超过CO_(2)排放量,将实现净负CO_(2)排放,降低大气CO_(2)浓度,减缓海洋酸化(高信度);通过CO_(2)移除方法从大气中去除的CO_(2)会部分被海洋和陆地释放的CO_(2)抵消(非常高信度);如果净负CO_(2)排放可以实现并且持续,CO_(2)引起的全球升温趋势将会逐渐扭转,但是气候系统的其他变化(例如海平面升高)仍会在未来的几十年到千年尺度上持续(高信度);不同CO_(2)移除方法会对生物化学循环和气候产生广泛的影响,这些影响会加强或减弱CO_(2)移除的降温潜力,并且影响水资源、食物生产和生物多样性(高信度)。

IPCC AR6报告解读:气候系统对太阳辐射干预响应

IPCC第六次评估报告(AR6)第一工作组报告评估了太阳辐射干预(Solar radiation modification,SRM)对气候系统和碳循环的影响。在大幅度减排基础上,太阳辐射干预有潜力作为应对气候变化的备用措施。目前,对于太阳辐射干预气候影响的评估都是基于模式模拟结果。评估主要结论如下:太阳辐射干预可以在全球和区域尺度上抵消一部分温室气体增加造成的气候变化(高信度);但是太阳辐射干预无法在全球和区域尺度上完全抵消温室气体增加引起的气候变化(几乎确定);有可能通过适当的太阳辐射干预设计,同时实现多个温度变化减缓目标(中等信度);在高强度温室气体排放情景下,如果太阳辐射干预实施后突然终止,并且这种终止长时间持续,将会造成快速的气候变化(高信度);如果在减排和CO_(2)移除的情况下,太阳辐射干预的实施强度逐渐减小至零,将显著降低太阳辐射干预突然终止产生的快速气候变化风险(中等信度);太阳辐射干预会通过降温作用,促进陆地和海洋对大气CO_(2)的吸收(中等信度),但是太阳辐射干预无法缓解海洋酸化(高信度);太阳辐射干预对其他生物化学循环影响的不确定性大。由于对云-气溶胶-辐射过程的相互作用和微物理过程认知有限,目前对平流层气溶胶注入、海洋低云亮化、高层卷云变薄等太阳辐射干预方法的冷却潜力和气候效应的认知还有很大的不确定性。

浙江西北部山地暴雨特征

利用2005-2017年14个自动气象站和2015-2017年66个自动气象站的降水资料,对浙西北暴雨的时空分布特征进行了分析,发现浙西北雨量分布呈西南、东北多,中部、东部少的特征,有2个暴雨中心,一个是位于清凉峰到大明山一带的梅汛期暴雨中心,另一个为天目山北部市岭一带的台风暴雨中心;暴雨存在明显的月、日变化特征,7-8月暴雨最多,春雨期暴雨主要出现在日落后,梅雨期主要出现在早晨前后,其次是午后,盛夏时主要出现在午后;6月前暴雨集中在西部、南部,7月出现明显转折,西南暴雨迅速减少,东北部天目山市岭一带暴雨明显增多。市岭地形为东北-西南河谷型,受狭管效应和地形抬升的影响,当台风位于天目山东南部时,天目山一带吹东北风对降水增幅最明显。

大气环境中微塑料污染及其分析技术的研究进展

微塑料污染物(直径小于5 mm的塑料碎片)对生态环境的潜在影响已成为人们关注的热点问题之一.现有的研究微塑料的文献大多集中在水生环境,尤以海洋环境中的微塑料研究居多.有关大气环境系统中微塑料污染近几年才受到关注.本文综述了近年来有关大气微塑料研究的最新进展,概括了大气微塑料的来源及分类.此外,归纳了目前常用于大气环境中微塑料的采集方法,并进一步列举了不同采集方法可适用的提取、分析方法,指出不同方法的优缺点.最后,在总结国内外研究进展的基础上,对我国大气环境微塑料研究提出建议:(1)为使研究结果具有可对比性,大气环境微塑料的丰度单位需统一;(2)大气微塑料远距离传输的转化和降解过程需要进一步的研究;(3)微塑料在正常环境下的暴露对人体的危害需要更深入的了解.

大气生物气溶胶花粉单颗粒的形貌特征及吸湿特性研究

近年来大气生物气溶胶颗粒吸湿性对气候和人体健康的影响引起了人们的广泛关注,而花粉颗粒是生物气溶胶的重要组成部分,为了解花粉颗粒吸湿性的变化趋势,在杭州市内收集了5种花粉颗粒(山茶花花粉、诸葛菜花粉、耧斗菜花粉、锦带花花粉、三色堇花粉),使用扫描电子显微镜观察花粉颗粒物的微观形貌,并使用单颗粒吸湿性系统研究了不同相对湿度(relative humidity,RH)条件下花粉单颗粒粒径的分布特征,获得了花粉颗粒吸湿增长因子(GF).结果表明:5种花粉颗粒的吸湿增长特征各异,RH=90%时山茶花、诸葛菜、耧斗菜、锦带花和三色堇花粉颗粒的吸湿增长因子分别为1.09、1.09、1.08、1.13和1.14,RH=95%时则分别为1.11、1.10、1.11、1.14和1.16,这些结果总体低于大气中无机盐颗粒的吸湿增长因子.在花粉颗粒的吸湿性增长过程中,不仅花粉颗粒表面有微弱的吸湿增长,一些花粉颗粒的整体结构和形态也会发生变化,如在扫描电子显微镜下,可以观察到锦带花花粉颗粒在干燥状态时表现为一种内部镂空的塌缩状态,而在相对湿度增大的过程中颗粒会鼓起并逐渐接近于球形.这表明花粉颗粒在大气中确实呈现出较弱的吸湿增长特性,且颗粒内部会吸水,从而改变其形貌结构,这对于理解花粉颗粒在人体呼吸道中的表面吸湿行为及其在大气中的成云凝结核能力有着重要的科学意义.研究显示,花粉种类、花粉萌发孔数目和花粉表面结构影响花粉吸湿性,低湿度下花粉吸湿增长缓慢,高湿度下花粉吸湿增长迅速.

太阳辐射管理地球工程对海洋酸化影响的模拟研究

研究地球工程对海洋酸化的影响对于评估地球工程对全球气候和环境的影响有重要意义。文中使用中等复杂程度的地球系统模式,模拟了典型CO_2高排放情景RCP8.5下,实施太阳辐射管理地球工程对海洋表面的pH和文石(碳酸钙的一种亚稳形态)饱和度的影响,并定量分析了各环境因子对海洋酸化影响的机理。模拟结果表明,在RCP8.5情景下,到2100年,相对于工业革命前水平,全球海洋表面平均pH下降了0.43,文石饱和度下降了1.77。相对于RCP8.5情景,2100年地球工程情景下全球海洋表面平均pH增加了0.003,而文石饱和度降低了0.16。地球工程通过改变溶解无机碳、碱度、温度等环境因子影响海洋酸化。相对于RCP8.5情景,实施地球工程引起的溶解无机碳浓度的增加使pH和文石饱和度均减小,碱度的增加使pH和文石饱和度均增大,温度的降低使pH增大而使文石饱和度减小。总体而言,太阳辐射管理地球工程可以降低全球温度,但无法减缓海洋酸化。

气候系统对CO_2强迫和太阳辐射强迫在不同时间尺度的响应

使用Had CM3L气候模式,针对突然增加的4倍CO_2浓度和增加4%的太阳辐射强迫进行一系列理想化模拟试验,分析并比较了CO_2强迫和太阳辐射强迫对气候系统的影响机制和异同。模拟结果表明,突然增加的4倍CO_2浓度和增加4%的太阳辐射造成的长期全球表面平均温度变化基本相同,但二者造成降水的变化差异很大。气候系统对CO_2和太阳辐射的响应可以分为快响应和慢响应两个部分,而降水的差异主要体现在大约1个月时间尺度内的快响应阶段,在这一时间段,陆地区域CO_2的气孔效应减少了植被的蒸腾作用,导致降水受到抑制;海洋区域CO_2的辐射效应会首先导致大气长波吸收增强,而海洋的比热较大,所以海表温度变化落后于低层大气,低层大气的垂直稳定度增加,海表向上蒸发受到抑制。此外,比较不同时间尺度上CO_2对气候系统的影响,可以发现在1个月的短时间尺度上,对陆地而言,CO_2的气孔效应对气候系统的影响占主导地位,但在数年以上更长的时间尺度上,CO_2的辐射效应是导致地气系统温度升高的主要原因。

2013年7-8月浙江省异常高温特点及成因分析

利用浙江省常规气象观测资料、NCEP/NCAR再分析格点资料和NOAA提供的OLR资料,分析总结了浙江省高温天气气候特点及2013年盛夏异常高温情况,在此基础上重点对2013年盛夏7-8月浙江省出现的异常高温天气成因进行了分析。结果表明:浙江省高温日数以7月最多、8月次之;空间分布上呈西多东少、内陆多沿海少的特点。2013年盛夏浙江省出现了近60余年最严重的高温热浪天气,高温日数异常偏多,部分市县极端最高气温屡破历史记录。盛夏期间高层南亚高压的持续稳定加强东伸,导致副热带高压的加强西伸,异常偏强偏西的副热带高压持续稳定控制浙江省,是浙江省异常高温产生的主要原因。浙江省中低层下沉气流偏强且盛行暖脊影响,上空OLR值异常偏高,整层水汽含量异常偏少,有利于浙江省异常高温的产生。极涡偏向西半球,影响浙江省的冷空气偏弱,台风北上活动影响轻,对于浙江省高温缓解作用有限,促使浙江省异常高温过程频繁且间隔时间短。

浙江省短期天气预报业务质量评价分析

对浙江省连续4年短期天气的国家级、省级客观指导预报和各预报台站的主观订正预报进行评估分析。分析的结果表明各级的订正预报存在明显的必要性;各级预报的预报能力存在明显的季节差异、地理差异,以及受重要天气系统影响下存在差异。评估分析的结论对今后预报技术改进提供了清晰的重点和目标。

二氧化碳移除技术研究进展与评述

在工业化进程中,化石能源利用使大气中二氧化碳(CO_(2))浓度不断增加[1]。中国力争在2060年前实现碳中和,中国碳中和战略目标须使碳排放尽早达峰,并降低峰值[2]。当前国内外研究主要集中在“减少碳排放”的路径和手段,但对于碳中和目标的实现而言,在减少碳排放的同时,很大程度上需依赖于“增汇”,即增加对大气中CO_(2)的吸收[3-4]。CO_(2)移除已成为将温升控制在1.5℃以内目标不可或缺的重要手段[5]。《巴黎协定》间接引入了CO_(2)移除,并为CO_(2)移除的大规模应用预留政策空间,以期实现在碳排放和碳移除之间取得平衡。CO_(2)移除可用于补偿难以脱碳或降碳成本高的行业的碳排放。

民用燃煤排放细颗粒中金属元素排放特征及单颗粒分析

通过模拟民用煤炭燃烧,采集了5种不同成熟度的典型块煤燃烧排放的单颗粒和PM_(2.5)样品.利用带能谱仪的透射电镜研究了金属颗粒的单颗粒特征,运用电感耦合等离子体质谱仪和发射光谱仪获得了PM_(2.5)样品中14种金属元素(包括8种重金属)的浓度特征.结果显示,民用燃煤排放的含金属元素的颗粒物主要有矿物颗粒、部分碳质颗粒、富K颗粒、富S[K]颗粒、富Fe颗粒、富Zn颗粒和富Pb颗粒共7种.5种民用燃煤排放的14种金属元素占PM_(2.5)的1.29%～15.54%,其中Al、Ca和Na占金属元素总量的57%～80%,是民用燃煤排放的主要的金属元素;V、Cr、Mn、Co、Ni、Cu、Zn和Pb这8种重金属元素占PM_(2.5)的0.09%～2.53%,其中Zn和Pb占重金属总量的54%～91%,在民用燃煤排放的重金属中占主导.单颗粒分析结果显示Zn和Pb元素主要富集在粒径小于1μm的富Zn和富Pb颗粒中,这些细颗粒能够直接进入人体,对人体健康造成威胁.因此,建议居民应通过使用精煤或天然气等清洁能源来减少重金属的排放.

高校理科专业课程线上线下混合式教学模式实践

开展混合式教学是适应“互联网+”时代慕课大发展和新时期高校本科教学改革的新需求。文章在前期慕课成功建设的基础之上,再连续实施了三年大气科学专业课程线上线下混合式教学实践之后,对目前高校理科专业课程线上线下混合教学模式进行了再思考。为更好地应用这种新的教学模式,在混合式教学设计及实施、成绩评定等几个方面提出了更加具体的建议,为高校理科专业课程教学模式改革,提升教学质量,提供一定的参考。

2010年6月中旬浙闽赣地区暴雨特征和冰云热力效应的数值模拟分析

以2010年6月19日发生在浙闽赣地区的一次强降水过程为例,利用中尺度WRF模式进行模拟,用模拟资料对该地区降水收支特征和冰云热力作用进行分析。依据局地水汽/热量变化项、水汽/热量辐合辐散项和云凝物辐合辐散项这3个因子可将降水分为8类,其中局地水汽变干和大气变暖、水汽辐合和热量辐散以及云凝物辐合时,降水强度(雨强)最强,而局地水汽变湿和大气变冷、水汽辐合和热量辐散以及云凝物辐合时,降水覆盖率最大。冰云热力效应包括辐射和潜热两部分。基准试验与敏感性试验对比分析表明冰云辐射减弱降水,而冰云潜热增强降水。热量收支对比分析发现冰云辐射造成辐射冷却的减弱在对流层中低层随高度增加,减弱大气不稳定和降水;而冰云潜热造成潜热增强在对流层中高层随高度减小,增强大气不稳定和降水。

小规模平流层注入气溶胶实验有助于地球工程研究

2018年12月12日,国际著名学术期刊Nature刊登了'2018年度十大科学长篇专题报道:这一年最难忘的科学故事'(https://www.nature.com/articles/d41586-018-07748-5).Nature评选出2018年度最受欢迎的十大科学长篇专题报道:从首个遮挡太阳的实验,到传统中医的兴起,再到拯救消失的野生动物.

北京市海坨山冬季不同污染过程下气溶胶化学组分及其潜在来源分析

为了探讨京津冀地区冬季背景大气中气溶胶化学组分特征及其来源分布,使用GRIMM 180、单颗粒黑碳光度计(SP2)和高分辨率飞行时间气溶胶质谱仪(HR-TOF-AMS)观测了海坨山2020年12月28日至2021年2月3日PM和化学组分,结合气象数据和HYSPLIT模式,计算了潜在源贡献因子(PSCF)和浓度权重轨迹(CWT),分析了不同污染过程下PM和气溶胶化学组分的时间演变特征及其潜在来源.结果表明,海坨山冬季沙尘过程主要影响PM_(10)和PM_(2.5),对PM_(1)的影响较小;而霾污染正好相反,主要影响PM_(1).化学组分在干净天和霾污染中占PM_(1)的比例分别为85.0%和73.4%,而在沙尘天仅占PM_(1)的47.4%.霾污染过程中NO^(-)_(3)的质量浓度最大,占PM_(1)的25.2%;在干净天和沙尘天黑碳(BC)的质量浓度最大,占PM_(1)的24.1%和12.8%.BC气溶胶的中值直径在干净天、沙尘天和霾污染中分别为209.7、207.5和204.7 nm.D_(p)/D_(c)在霾污染中最大,为2.15,分别是沙尘天和干净天的1.38和1.39倍.不同过程下PM和气溶胶化学组分的日变化特征不同.PM_(10)和PM_(2.5)的日变化在干净天和沙尘天为夜间高白天低,在霾污染为单峰型分布,峰值位于14:00.化学组分日变化在干净天为单峰型分布,在沙尘天和霾污染过程为双峰型分布.不同过程下BC的包裹层成分不同.BC的包裹层在干净天主要是NH_(4)NO_(3),在沙尘天主要是(NH_(4))_(2)SO_(4),在霾污染天主要是有机物.不同过程中PM_(1)及其化学组分的潜在来源分布不同.潜在源区高值区在沙尘天主要集中在西南部的北京-保定-石家庄-阳泉一带,在霾污染天主要集中在观测点周边的延庆、怀来和昌平一带.

2021年河南极端降水的气候变化归因:对流组织的影响

本文研究了河南“21·7”极端降水事件的气候归因.研究利用区域云解析模式模拟,对该事件采用了基于准地转单柱模拟方法的条件归因.在准地转单柱模拟中,大尺度垂直运动是由简化的准地转垂直速度方程在由动力强迫(基于观测的再分析数据)和潜热释放(基于云解析模拟)共同作用下计算得到.研究发现,气候变暖可能导致区域尺度和台站尺度强降水的显著增强,分别为10~14%K^(-1)(取决于对流组织)和7~9%K^(-1).通过比较无对流组织、由地表温度异常导致的团状对流组织和由垂直风切变导致的线状对流组织这三种情况,我们进一步探讨对流组织如何影响极端降水及其气候响应.研究发现,线状对流对大尺度动力强迫更为敏感,其造成的极端降水在区域和台站尺度上都较无组织的对流更强;而团状对流较无组织的对流只稍微增强了台站尺度极端降水.由于线状对流具有更强的潜热反馈,其区域尺度极端降水气候敏感性较无组织对流大2~3%K^(-1).同时,模拟结果没有发现台站尺度极端降水气候敏感性对于对流组织的系统性依赖.