气溶胶--气候相互作用及其气候影响

生物安全离心机实验室安全管理系列:<生物安全实验室离心机产生气溶胶的机制浅析>、<生物安全实验室离心机防生物污染转头性能评价标准>、<生物安全实验室离心机气溶胶排放的防护措施>都是有关实验室气溶胶的产生及污染和预防。

下面两篇发表在《自然-地球科学》的文章，阐述了大气中的气溶胶对气候的影响等关于气溶胶的最新研究成果。

一、[清华大学地学系彭怡然研究组揭示全球不同区域气溶胶影响长波云辐射强迫的具体机理]

气溶胶-云相互作用是气候变化研究关注的重点问题。气溶胶的变化可以通过改变地气系统的辐射通量、大气的热动力状况以及云的微物理性质等影响冰云的云高、云量和云的生命时间。由于气溶胶对冰云的影响机理相对复杂，在气候模式中估算由气溶胶引起的长波云辐射强迫的变化仍具有很大的不确定性。

清华大学地学系彭怡然副教授研究组针对目前仅有粗略估算而缺乏明确机理的气溶胶长波云辐射影响展开分析，通过全球气候模式CAM5.3的一系列模拟试验，解释了东南亚和亚马逊地区气溶胶影响长波云辐射强迫的不同主导机理。

本研究在模拟试验中使用双向偏辐射扰动法，将气溶胶对云的复杂影响拆分成四个效应项，分别为RA（气溶胶-辐射相互作用的快速调整过程）效应、CCN（云凝结核）效应、IN（冰核）效应和剩余效应。在气溶胶影响长波云辐射强迫的分解项中，CCN效应和IN效应尤为显著。研究发现，亚马逊地区气溶胶引起的长波冷却主要由CCN效应主导，而东南亚地区气溶胶引起的长波增暖主要由IN效应主导。其中，CCN效应主要体现为云凝结核的增加，使得暖云的反照率增强，引起地表冷却，从而抑制了冰云部分向上发展，体现为大气层顶的长波冷却（见图1）。IN效应主要体现为冰核数浓度增加引起冰晶粒径减小，小冰晶粒子的下落速度变慢，使得冰云可以维持在更高的高度，且冰云的生命时间延长。

该研究揭示了CAM5.3模式中气溶胶影响长波云辐射强迫在不同区域的具体机理，有助于更合理地评估气溶胶的全球气候影响。

 二、 [清华大学地学系王勇研究组发文揭示小雨对气溶胶长期湿清除的主导影响]

气溶胶粒子能反射吸收太阳辐射，也能作为云凝结核和冰核改变云反照率和云生命周期。从而，其在大气中的浓度影响着地球辐射能量平衡和空气质量进而对气候和环境产生重要影响。降水对气溶胶湿清除是大气中气溶胶主要的汇过程，尤其是对于小粒子的气溶胶颗粒。目前，全球气候模式被广泛用于研究气溶胶的气候和健康效应。

2021年1月11日，清华大学地球系统科学系王勇研究组联合国内外多所研究机构在《自然-地球科学》（Nature Geoscience）合作发表题为：Disproportionate Control on Aerosol Burden by Light Rain 的研究论文。该论文揭示了改进对流参数化对降水强度谱以及气溶胶浓度有深远的影响，小雨对气溶胶浓度有与其强度不成比例的影响。

通过在两个先进的全球气候模式（美国NCAR的CESM1.2.1模式和美国能源部的E3SMv1模式）中改进对流模拟，小雨（1到20毫米/天）过多的发生频率得到有效地降低（如图2），这使得气溶胶浓度全球性的增加，该现象在热带和副热带地区表现得尤为明显。

在热带雨带，气溶胶光学厚度的增加可高达0.3。研究显示，虽然小雨本身强度不大，但由于其高频出现，依然会对气溶胶长期累积湿清除量作出主导贡献（如图3）。

因此，减少小雨发生频率会导致气溶胶浓度大大增加。这些发现对理解降水对大气中气溶胶湿清除的本质、气溶胶--气候相互作用及其气候影响有重要的启示意义。