北極黑碳氣溶膠的氣候效應模擬研究取得進展

2020-09-27 中科院之聲

黑碳氣溶膠是大氣中重要的吸光性氣溶膠，可通過直接和間接輻射強迫影響地-氣系統的能量平衡，沉降至雪冰表面後引起氣溶膠-雪冰輻射反饋效應，進而對區域及全球的氣候產生影響。北極地區是全球氣候變暖的放大區，黑碳氣溶膠排放的增加可能是加劇該地區變暖的重要影響因素之一。

近日，中國科學院西北生態環境資源研究院研究員康世昌團隊聯合中山大學科研人員，利用區域氣候化學耦合模式WRF-Chem，初步探討北極地區氣象要素和大氣穩定度對黑碳-雲-輻射相互作用的響應。模擬結果顯示，WRF-Chem模式能夠較好地呈現出氣象要素和黑碳濃度的時間變化特徵；北極地區冬季黑碳濃度高於春季，冬季黑碳引起的近地表氣溫變化也更為強烈；氣溫變化導致的區域環流異常進而對水汽的分布產生影響。因此，黑碳引起的近地表水汽混合比的變化與氣溫的變化具有相似的空間分布格局。此外，近地表氣溫和水平風的變化也反映在邊界層高度上。通過分析黑碳引起的地表輻射變化，發現受雲量影響的下行長波輻射對北極地區冬季的近地表氣溫有重要影響，其中雲量增加引起的下行長波輻射的增強導致近地表氣溫的升高。春季近地表氣溫的變化相對較小，可能是地表長波和短波輻射變化相互補償的結果。上述對北極冬、春季霾發生階段黑碳氣溶膠的氣候效應研究，為進一步全面評估黑碳氣溶膠對北極變暖的影響奠定基礎。

相關研究成果以Investigation of black carbon climate effects in the Arctic in winter and spring為題，發表在Science of the Total Environment上。西北研究院博士生陳欣桐為論文第一作者，康世昌為論文通訊作者。研究工作得到中科院前沿科學重點研究項目、國家自然科學基金以及冰凍圈科學國家重點實驗室基金的資助。

圖1.冬季(a)和春季(b)黑碳引起的2m處氣溫的平均變化

圖2.冬季和春季黑碳引起的地表向下長波(a, b)和短波輻射(c, d)的平均變化

來源：中國科學院西北生態環境資源研究院

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