提供了地表风速减弱可降低地表太阳辐射的明确证据,进一步评估了合肥地区气溶胶辐射强迫效应以及影响因素

证明地表风速减弱可降低太阳辐射

地表太阳辐射驱动着地球表面上水、热、碳等循环。已有研究发现在全球多数地区地表太阳辐射在上世纪90年代之前呈现持续减弱趋势,此后辐射增强,而气溶胶溶度的变化被认为是太阳辐射年代际变化的主导因子。在中国,由于过去几十年总云量减少与地表太阳辐射减弱的矛盾,气溶胶排放增加更是被认为是辐射减弱的罪魁祸首。值得注意的是,风速减弱是过去几十年中国气候变化的一个主要特征,而风速减弱不利于气溶胶的扩散,因而可能进一步减弱地表太阳辐射。然而,由于缺乏长期的气溶胶浓度观测,使得上述猜想缺乏数据支持。

作为地球上所有生命的初级能量来源,太阳辐射深刻地影响着大气、水循环及生态系统。在青藏高原上更是如此,更稀薄、洁净的空气以及更低的水汽含量使得其接收到了更多的太阳辐射,成为地表能量预算中最重要的一部分,深刻地影响着冰冻圈。

近期,中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所大气光学研究中心激光雷达技术研究室的科研团队对合肥地区大气气溶胶光学特性的季节变化规律、日变化特征及其对辐射强迫计算的影响进行系统的研究,并取得一些新进展。该研究对污染地区辐射效应评估具有一定参考价值。相关成果分别于2015年7月20日和2014年5月28日发表在欧洲地球科学协会出版的Atmos.
Meas. Tech.和美国地球物理协会出版的J. Geophys. Res. Atmos.上。

已有研究发现,全球多数地区的地表太阳辐射在上世纪90年代之前呈现持续减弱趋势,此后辐射增强,而气溶胶溶度的变化被认为是太阳辐射年代际变化的主导因子。日前,中科院青藏高原研究所科研人员对地表风速与太阳辐射之间的关系研究获得进展,相关成果发表于《科学报告》

近日,中国科学院青藏高原研究所青藏高原卓越创新中心研究员阳坤课题组利用常规气象资料建立了去除云效应之后的地表太阳辐射和地表风速的统计关系,提供了地表风速减弱可降低地表太阳辐射的明确证据,该效应在污染较严重地区可以致使地表太阳辐射降低达15%,而在青藏高原以及其他污染较轻的地方该效应则可以忽略。当风速强于3.5
m/s,气溶胶基本可以通过扩散被清除,地表太阳辐射则不再随风速改变。利用这一统计关系,阳坤课题组首次建立了定量估计气溶胶直接辐射效应(包括排放增加的效应与风速减弱的放大效应)对地表太阳辐射长期变化的贡献。其结果表明,该贡献值大约为20%,而不是已有研究认为的主导因子。若考虑气溶胶排放维持在1960年代水平,那么1990年之后中国地表太阳辐射将会明显增强。该研究成果已于10月14日发表在Nature出版集团旗下的刊物Scientific
Reports
上(Lin, C., K. Yang, J. Huang, W. Tang, J. Qin, X. Niu, Y.
Chen, D. Chen, N. Lu & R. Fu. 2015. Impacts of wind stilling on solar
radiation variability in China.
Sci. Rep. 5, 15135; doi:
10.1038/srep15135)。

有研究表明,自上世纪五十年代以来,世界大部分地区的太阳辐射出现了下降趋势,即所谓的“全球变暗”的现象。该现象持续了数十年,在1990年之后宣告终结,日趋明亮(M.Wild等
2005)。这样的扭转过程并未在青藏高原上发现,相反,其呈现出了持续的“变暗”趋势(W.
Tang 等 2011)。

气溶胶既是造成大气污染的主要成分之一,也是影响地气系统辐射平衡的重要辐射强迫因子。气溶胶可以通过其直接辐射强迫和间接效应影响气候。即一方面气溶胶粒子通过直接散射和吸收太阳辐射,从而直接造成大气吸收的太阳辐射能、到达地面的太阳辐射能以及大气顶反射回外空太阳辐射能的变化。另一方面气溶胶粒子的存在,可以改变云的物理和微物理特征并进而改变云的辐射特征,影响太阳能在地气系统中的分配。由于气溶胶是由具有不同谱分布、形状、化学组成和光学性质的物质构成的,而且气溶胶浓度的时空变化可达几个数量级。所以导致目前对于气溶胶的辐射效应评估不确定性仍然很大。