近日 , 南太平洋岛国汤加海底火山喷发 , 一时间引发了公众对火山喷发是否对未来气候产生影响、是否可以给地球“降温”的讨论 。
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FY-4B静止气象卫星洪阿哈阿帕伊岛火山灰云扩散过程监测(2022年1月15日15时45分至21时 汤加时)
【人为排放的气溶胶“降温”能力被低估】虽然这一问题还有待研究 , 但是以往的一系列研究表明 , 火山爆发向大气层中注入了含硫气溶胶 , 这些气溶胶进入平流层 , 输送到更大的区域范围 , 将更多的太阳辐射反射出去 , 从而在大气层内产生冷却效应 。 那么 , 人类活动产生的气溶胶会不会有同样的效果呢?
其实 , 近几十年来 , 人类活动对气候变化的影响一直备受关注 , 而其中如何量化人为排放的气溶胶所导致的气候效应 , 是这一领域的前沿课题 , 也是研究的重点和难点 。
气溶胶-云相互作用的不确定性大 但非常重要
马晓燕表示 , 有别于在大气中居留时间较长、空间分布比较均匀的温室气体 , 气溶胶粒子存留的时间相对较短 , 一般为几天到几周 , 空间上也很大程度上取决于排放源 , 因此具有较大的时间和空间不确定性 。 气溶胶化学成分比较复杂 , 既包含了散射性较强的气溶胶 , 比如硫酸盐气溶胶、硝酸盐气溶胶等 , 也包含了吸收性较强的气溶胶 , 例如沙尘气溶胶、黑碳气溶胶 , 因此气溶胶本身的不确定性就很大 。
而不同性质的气溶胶粒子是否能够作为云凝结核(CCN)或冰核(IN) , 更是增加了气溶胶-云相互作用问题的复杂性 , 加上大气热动力条件的影响 , 增强了科学界对于气溶胶-云相互作用物理过程理解的不确定性 。
IPCC第六次评估报告第一工作组报告指出 , 在所有气候强迫因子中 , 气溶胶-云相互作用的不确定性最大 。 而作为验证和约束气候模式的重要手段 , 基于卫星反演推算的辐射强迫却远低于气候模式的结果 , 这极大降低了未来气候预测的可靠性 。
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气溶胶-云相互作用过程以及对于区域和全球辐射平衡和云降水过程的影响 , 是气候研究和预测中极其重要的过程和环节 , 因此研究清楚这个问题 , 对于未来准确的气候模拟和预测至关重要 。
基于数值模拟和卫星观测的RFaci差异巨大
尽管已有大量研究通过各种手段对气溶胶第一间接辐射强迫(RFaci)进行了定量评估 , 但目前仍未有一致的结论 , 特别是基于数值模拟和卫星观测的RFaci之间仍存在巨大差异 。 基于卫星观测估算的RFaci通常介于-0.2瓦特每平方米至-0.6瓦特每平方米之间 , 而模式模拟的RFaci在-0.3瓦特每平方米到-1.8瓦特每平方米之间 , 强度远大于前者 。 此外 , 利用卫星观测约束数值模式的研究得到的RFaci也低于纯模式模拟值 。
对于造成差异的原因 , 马晓燕解释 , 鉴于卫星反演本身的局限性 , 以往类似利用卫星反演观测的研究 , 在计算气溶胶-云相互作用导致的气候强迫时 , 会局限于晴空(即无云)时的观测数据 , 而当云完全被覆盖时 , 则无法得到相应的气溶胶反演结果 。
卫星观测存在固有局限
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鉴于当前气候模式的空间分辨率较低 , 其在气溶胶活化、云微物理过程参数化方面存在较大不确定性 。
因此 , 为进一步减小观测和模式之间的差异 , 获得可信的辐射强迫估计值 , 进而更准确地预测未来气候变化 , 从观测角度出发来详细探讨和理解气溶胶-云相互作用 , 认识现有观测资料在评估间接强迫中的局限性变得尤为重要和迫切 。
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