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雾霾的双重效应：雾霾导致升温还是降温?

已有 3632 次阅读 2019-3-14 09:08 |个人分类:全球变化|系统分类:论文交流| 雾霾双重效应, 阳伞效应, 反光率, 综合因素 |文章来源:转载

雾霾的双重效应：雾霾导致升温还是降温?

杨学祥，杨冬红（吉林大学）

关键提示：2019年3月7日，北京师范大学全球变化与地球系统科学研究院教授赵传峰等发表在《气候动力学》上的一篇研究论文告诉我们，雾霾导致北极变暖。2006年，还在美国犹他大学读博士的赵传峰，首次发现极地地区除温室气体外的另一个导致变暖的重要因素就是气溶胶（霾），相关论文发表在《自然》上。

科学总是充满争论，针锋相对的观点具有极大的挑战性：

一项由中外科学家完成的突破性研究于2019年1月17日在线发表在国际顶级期刊《Science》上(http://science.sciencemag.org/content/early/2019/01/16/science.aav0566?rss=1)，该研究阐明了空气污染对全球变暖的影响。此研究指出人类活动排放产生的气溶胶颗粒污染对地球降温作用可以部分抵消温室气体引起的全球变暖。研究表明，气溶胶通过对云的影响从而产生的气候系统冷却作用比以前评估的要大得多。气溶胶是悬浮在空气中的微小颗粒，可以由自然形成（如沙漠尘埃），也可人为形成（如自化石和非化石燃料的燃烧、交通运输以及各种工业排放产生的烟雾，即灰霾）。我们称之为阳伞效应。

山东大学环境研究院教授李卫军和英国伯明翰大学研究员时宗波接受科技日报记者采访时表示，雾霾颗粒物有可能增加海洋吸收二氧化碳的能力，从而部分延缓全球变暖。相关研究成果发表在近期出版的《科学·进展》杂志上。

公说公有理，婆说婆有理。谁是谁非如何判定？具体问题具体分析，是解决问题的最好方法。

雾霾延缓全球变暖的观点是科学界的主流，雾霾增暖效应是新观点，具有挑战性。

赵传峰揭示了气溶胶对北极冬、春季节的强增暖效应，相关成果2015年发表于《地球物理研究通讯》。雾霾和增暖对应性的发生地点受到了限制：除非其他地区也发现了相同的对应性。

一种可能性为：雾霾（包括火山灰）沉降在北极海冰表面，污染了白色冰面，减少反光率，增大吸热效果，从而导致海冰加快熔化，形成雾霾增温效应。这也可以解释影响的滞后性。

在海洋表面和陆地表面，雾霾沉降造成的反光率变化很微小，这种雾霾增温效应就无法显现，所以降温效应占主导地位。

复杂事件是多因素综合作用的结果，不同条件之下，不同因素起主导作用。具体问题具体分析才是解决问题的有效方法。

雾霾和火山灰在两极地区大气中和冰面上，具有短期降温，长期增温的双重效应，与火山喷发的双重作用相对应：短期致冷，长期制热。

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-972218.html

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没想到吧，雾霾还跟北极有关

作者：陆琦来源：中国科学报发布时间：2019/3/13 11:14:43

最新研究表明，如果夏天北极的温度比较高，那么当年冬天中纬度地区的霾就会比较重。这一发现或可作为雾霾预警。

■本报记者陆琦

还记得去年夏天北极圈内出现罕见高温，一度达到32℃吗？还记得刚刚过去的冬天北京雾霾频发，仅去年11月京津冀及周边地区就出现4次重污染天气过程吗？

看似八竿子打不着的两件事，却被科学家找到了其中的关联。3月7日，北京师范大学全球变化与地球系统科学研究院教授赵传峰等发表在《气候动力学》上的一篇研究论文告诉我们，北极与雾霾竟是“相爱相杀”的一对。

雾霾导致北极变暖

赵传峰关于北极和霾的研究，可以追溯到10多年前。

通常认为，二氧化碳等温室气体造成了极地变暖。当这一常识被固化后，很少有人会去想，在温室气体外，还有什么物质会让北极变暖。

2006年，还在美国犹他大学读博士的赵传峰，首次发现极地地区除温室气体外的另一个导致变暖的重要因素就是气溶胶（霾），相关论文发表在《自然》上。

回到北师大后，赵传峰又深化了这项研究，揭示了气溶胶对北极冬、春季节的强增暖效应，相关成果2015年发表于《地球物理研究通讯》。

研究发现，大量来自中北美洲、欧洲和亚洲的霾，对北极气候变暖作出了不比温室气体低的“贡献”。

“北极的云层浅薄，地球热量辐射出来的长波透过云层辐射出去后，地球表面温度本应该低一些。然而，大量的霾这种小粒子气溶胶的出现，使得云滴增多、粒径变小、光学厚度增加，地面长波很少能够透过云层向外辐射，反而被云层保留在地面大气之中，形成了很好的保暖效果。”赵传峰解释说。

这项研究成果不仅被科学家大量引用，还被美国、法国、挪威等作为制定污染控制政策的科学依据。

不过，赵传峰的好奇心并没有因此得到满足。他开始琢磨：霾对北极增温有影响，那么反过来，北极变暖后会对霾有什么影响呢？会不会影响大尺度环流，进而影响中纬度地区的雾霾？

北极增温，雾霾加重

赵传峰带领团队分析了1979年至2016年期间，北极地区（北纬67.5度以北）的地面气温和中纬度地区（北纬30度至60度）的气溶胶光学厚度（AOD）两组数据之间的相关性。

结果显示，北极除了增温的趋势外，还有两个周期性变化，分别是7年和12年左右；而中纬度地区的气溶胶也有7~9年和11~13年的周期性变化。两个周期性基本吻合，具有一致性。

“其实大气污染更多取决于局地的影响，短暂的可能是排放或天气的影响，但如果是长时间的，比如一两年，那就是气候态的。因此我们主要看大的周期性变化，从气候态的波动来找规律。”赵传峰说。

除了周期性变化的一致外，该研究还有一个有趣的发现：如果北极夏天（5、6月）温度比较高，那么当年冬天（12月至来年2月）中纬度地区的霾就会比较严重。

那么，这种影响是怎么产生的？赵传峰分析说，中纬度风场受北极环流的影响，北极变暖后，极地的风圈闭环环流不容易被强势打破，因此中纬度地区来自北方的风速就会减小，不利于污染物扩散。

至于影响的滞后性，他认为，是因为能量有一个存储过程。到了夏天，北极海冰融化，海温升高，能量存储在海洋里，到了冬天才会释放出来。

气象只是个辅助条件

赵传峰等关于北极增温和中纬度污染之间遥相关的发现，3位匿名审稿人给予了高度评价。他们认为，该研究的方法新颖，更重要的是，能够引起大家对大尺度环流对局地空气质量影响的共鸣。

至此，赵传峰关于北极和雾霾密切相关的研究算是闭合了。后续，他将带领团队利用模式进一步去验证现象背后的机理。

“观测与模式彼此印证。”赵传峰说，“目前我们只是提出了一种解释，可能还会有别的解释，用模式能帮助我们找到更多的机理。”

“在排放源变化不大的情况下，我们的这项研究是可以作为预警的。”不过，赵传峰强调，在霾的发生上，气象只是一个辅助条件。

他表示，我国雾霾成因复杂多样，各个因素在雾霾的发生发展过程中都有“贡献”，是各个因子纠缠在一起共同作用的结果。具体到每个过程，雾霾主导影响因子或有差异。

在污染排放不是特别严重的情况下，可能气象条件一好，就不会形成霾了；如果本来排放就很严重，气象条件的作用，则体现在霾的持续时间和最大强度上。

因此，赵传峰指出，治理雾霾的最佳手段永远是在源头着手。

相关论文信息：https://doi.org/10.1007/s00382-019-04706-3

《中国科学报》 (2019-03-13 第3版综合)

http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2019/3/423908.shtm

专家：雾霾或可延缓全球变暖

2017-03-21 09:28:56来源：澎湃新闻

　　“雾霾严重危害人类健康和陆地生态系统，但也并非一无是处。”山东大学环境研究院教授李卫军和英国伯明翰大学研究员时宗波接受科技日报记者采访时表示，雾霾颗粒物有可能增加海洋吸收二氧化碳的能力，从而部分延缓全球变暖。相关研究成果发表在近期出版的《科学·进展》杂志上。

　　李卫军告诉记者，长期以来，科学家们相信，由人类活动和自然排放形成的酸性物质能够促进不可溶解铁氧化物向可溶解铁转变，如果这些颗粒物沉降于海洋表面能够增加海洋表面生物可有效利用的铁，并与其他营养物质如氮、磷等一起促进海洋微生物的生长，这一过程会导致更多的二氧化碳储存在海洋中，起到减缓全球变暖的作用。但是此前缺乏直接证据证实这种铁酸溶解理论。

　　此次科学家在中国大陆与朝鲜半岛之间的黄海海域采集的颗粒物中发现了钢铁工业和燃煤产生的含铁颗粒和其表面的硫酸盐包裹层，并确认硫酸盐包裹层中含有可溶解铁，从而首次从外场观测样品为铁酸溶解理论提供了“铁证”。

　　李卫军表示，北半球大气中的硫酸盐主要来自于人类活动排放的二氧化硫的转化。东亚地区的二氧化硫气体主要来自于燃煤和重工业生产排放。研究人员因此确认，黄海大气中含铁的硫酸盐是二氧化硫气体反应生成的酸性物质和一次排放含铁颗粒进一步反应的结果。

“工业革命以来，人类活动可能已导致海洋中的大气可溶解铁增加了数倍，这极大增加了全球海洋吸收温室气体能力。”时宗波表示。

.(责任编辑：杨晨虹)

http://news.sohu.com/20170321/n484017311.shtml

《Science》全球变暖最新发现与热气球烟囱逆温层排烟尘

已有 912 次阅读 2019-1-18 07:52 |

《Science》全球变暖最新发现与热气球烟囱逆温层排烟尘

一项由中外科学家完成的突破性研究于2019年1月17日在线发表在国际顶级期刊《Science》上，该研究阐明了空气污染对全球变暖的抑制作用。

2017年，我们设计了更廉价的方案：利用烟囱排出的烟尘和热量，驱动热气球携带可折叠耐火软烟囱升到逆温层或平流层，将烟尘直接排放到高空，取得遮蔽阳光的阳伞效应，与此同时，降低地表的雾霾浓度，达到一石二鸟和两全其美的廉价效果。

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《Science》全球变暖最新发现：小颗粒有大影响

2019-1-18 05:59

一项由中外科学家完成的突破性研究于2019年1月17日在线发表在国际顶级期刊《Science》上(http://science.sciencemag.org/content/early/2019/01/16/science.aav0566?rss=1)，该研究阐明了空气污染对全球变暖的影响。

全球变暖可能导致的气候变化，直接影响的人类生活方式。由人为排放的温室气体引起全球变暖是目前的共识，因此需要向可再生能源过渡以减轻这些排放带来的影响。然而，时至今日，全球变暖的量化评估仍存在很大的不确定性，变暖的幅度在1.5到4.5度之间，而每增加一度就会带来更大的风险。

此研究指出人类活动排放产生的气溶胶颗粒污染对地球降温作用可以部分抵消温室气体引起的全球变暖。研究表明，气溶胶通过对云的影响从而产生的气候系统冷却作用比以前评估的要大得多。气溶胶是悬浮在空气中的微小颗粒，可以由自然形成（如沙漠尘埃），也可人为形成（如自化石和非化石燃料的燃烧、交通运输以及各种工业排放产生的烟雾，即灰霾）。气溶胶作为云凝结核，当空气抬升和冷却时，水蒸气凝结在气溶胶颗粒上并形成云滴。云是通过空气抬升和冷却的气象过程形成，但云的微物理结构很大程度上由气溶胶决定。当空气中存在大量气溶胶颗粒物，所形成的云是有大量的小云滴组成的，云滴越小通过碰并产生的云滴的时间越长。因此，被污染的云含有更多的云水、存在时间更长、覆盖范围更大，从而将更多来自太阳的能量反射回太空，导致地球降温效应。

在这项研究之前，由于无法将云的抬升的影响与决定云的属性的气溶胶的影响分离，因此无法准确评估气溶胶对云的影响所产生的气候效应。此研究团队通过开发同时计算云的抬升速度和云微物理参数的卫星反演算法，并将这些反演算法应用于海洋性低云研究。发现气溶胶导致云水含量和云区覆盖范围显着增加，远超出目前的认识，并且具有比先前认识更大的冷却效应。

研究团队认为，在全球变暖的大背景不变的情况下，如果气溶胶确实导致比先前估计更大的冷却效应，为了抵消这部分冷却效应，那么当前温室气体的变暖效应也应该比先前的估计更大。因为温室气体会在大气中累积，而气溶胶浓度不会增加，甚至可能随着清洁能源的普及而降低。清洁能源产生的气溶胶较少，而温室气体的排放量不变的情况下，未来变暖的趋势更加明显，这意味着未来的变暖比以前的估计更大。此外，研究团队还提出了一种更有可能但尚未证实的可能性——深厚云和高云带来的加热效应也可能抵消了低云的冷却效应。

无论哪种可能性，结论都是一样的。目前全球气候预测中没有全面考虑到气溶胶对云的巨大影响和由此产生的气候效应，这导致目前对全球变暖的量化评估存在很大不确定性（1.5到4.5度），此研究的出现可以更准确的量化评估气溶胶影响云而带来的气候效应，提高未来气候预测的准确性。

此研究由以色列希伯来大学Daniel Rosenfeld教授领衔，联合了国内外科学家一同完成，包括陕西省气象研究所朱延年博士、南京大学汪名怀教授、美国马里兰大学Youtong Zheng博士、德国莱比锡大学Tom Goren博士和浙江大学环境与资源学院俞绍才教授。浙江大学的研究得到国家自然科学基金国际（地区）合作与交流项目（No. 41561144004）、国家自然科学基金面上项目（No. 41575136;21577126）和科技部重点项目（No. 2016YFC0202702）及浙江大学空气污染与健康研究中心（No. 14-585302-001）的资助。

该论文共同第一作者为Daniel Rosenfeld教授及朱延年博士，共同通讯作者为希伯来大学Daniel Rosenfeld教授、南京大学汪名怀教授及浙江大学环境与资源学院俞绍才教授。

相关论文信息：Daniel Rosenfeld*#, Yannian Zhu#, Minghuai Wang*, Youtong Zheng, Tom Goren, and Shaocai Yu*, 2019. Aerosol-driven droplet concentrations dominate coverage and water of oceanic low level clouds, Science, 17 January 2019, Vol 363, Issue 6424. Doi: 10.1126/science.aav0566.

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图1. 北美洲西边太平洋海域的卫星图像。颜色表示云滴数浓度，单位为立方厘米。通过观察云滴数浓度的分布，可以很容易的辨别船舶排放的尾迹。当每立方厘米的云滴数量大于50时，降水被抑制的同时云的覆盖面积更大。而在船舶排放尾迹交汇处，云滴的浓度和云面积更大，更大的由小云滴组成的云层导致更多的太阳能量被反射回太空。

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图2. 卫星反演的云量(左)和云的辐射强迫（右）随云滴数浓度变化。这里云按照几何厚度（CGT）大小分为5类。

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图3.不同几何厚度（Cloud Geometrical Thickness，CGT），海洋性低云中云滴数浓度和云物理的概念图。气象条件决定了CGT云凝结核（Cloud Condensation Nuclei，CCN）决定了云滴浓度（Cloud Drop Concentration，Nd）。云量随着气溶胶的增加和云发展的更厚而增加。降水的发展与云量和云水路径的减少有关，可能是由于降水过程耗尽云水并形成干的下降气流破坏云的覆盖。降雨强度随着云顶有效半径和云厚的增加而增加。因此，较深厚的云可以在较大Nd处形成降水并且云量下降，但浅薄的云则不可以。这个概念模型只是为了说明不同的云厚产生降水过程与Nd的关系。并非文章的主要内容。

http://blog.sciencenet.cn/blog-1220241-1157687.html

解决雾霾和全球变暖的简单方案：热气球烟囱逆温层排烟尘

已有 3562 次阅读 2017-1-6 09:53

解决雾霾和全球变暖的简单方案：热气球烟囱逆温层排烟尘

杨学祥，杨冬红

解决全球变暖的简单方案

同人于野评论 Super Freakonomics 2009-12-18 02:18:41

Super Freakonomics 这本书刚刚出版不久，是 Freakonomics （中文译为《魔鬼经济学》）的续集。书中用了整整一章来说明一个道理：特别复杂的大问题也许存在一个特别简单廉价的解决方案，而且历史一再证明了这一点。比如说只要医生常常洗手，就可以大大降低产妇的死亡率；提高撞车之后的存活率，安全带比安全气囊要廉价得多也有效得多，等等。

然后两位作者在最后一章宣布，全球变暖，也有一个简单而廉价的方案。

回到1970年代，那个时候之所以科学家担心全球变冷，是因为二氧化硫污染。二氧化硫可以在大气平流层停留一年，在那里它们跟水蒸气结合形成云，从而遮挡阳光。但此后各国减少了硫排放，变冷问题解决了。

二氧化硫的作用在1991年再一次得到证实。当年，菲律宾的皮纳图博火山爆发，火山灰直上天空22英里，导致两千万吨二氧化硫进入大气平流层并散开。结果是两年之后，全球温度平均降低了0.5 摄氏度。

所以解决全球变暖的最简单办法是往平流层排放二氧化硫。这个想法并不好听，“排放”，“二氧化硫”，都不是什么好词儿。但提出这个解决方案的不是写书的“魔鬼经济学家”，而是位于西雅图近郊的 Intellectual Ventures （IV）公司的几位科学家。

实际上，往平流层放二氧化硫并不是什么新方案，以前早就有人想当过，只是难度很大，因为你不想大规模的放，否则会污染大气。要点是怎么点穴式的放，直接放到平流层。IV 公司的方案就是这样。

这个方案说，鉴于全球变暖主要影响两极，应该重点往极地上空放二氧化硫。只要每年往北极上空的平流层投放10万吨，就足以解决北半球的变暖问题。这点量是微不足道的，因为每年已经有两亿吨二氧化硫进入地球大气。

关键是怎么直接送到平流层。IV 的方案是“garden hose to the sky”—用一根非常长，也就是18英里长，非常轻的管子。这跟管子被一系列气球带动，好像一串珍珠一样，带入平流层。地下这头，只要燃烧硫，把取得的二氧化硫液化，然后靠管子里面一系列的抽水泵把液态二氧化硫抽上去。

这个方案还特别便宜。拯救北极的话，需要两年时间和两千万美元搭建设备，然后每年运行费用是一千万美元。即使是拯救全球，也只需要一亿五千万美元的搭建费用和每年一亿美元的运行费。

二氧化硫法得到了诺贝尔奖得主 Paul Crutzen （1995年，化学奖，获奖研究是臭氧空洞）的支持。二氧化硫会破坏臭氧层，但 Crutzen 2006 年在 Climatic Change 上发表的一篇论文说，向平流层释放二氧化硫，“is the only option available to rapidly reduce temperature rises and counteract other climatic effects.”而他估计这点排放对臭氧层的影响非常小。

所以这的确是一个特别简单的方案。这是一个直接对地球动手的方案，以至于被称之为“地质工程”(Geo engineering) 。

https://book.douban.com/review/2869511/

https://www.douban.com/group/topic/10427410/

实际上，我们并不需要这样的高额的代价来解决全球变暖问题。我们在2016年12月31日提出，用倒置火箭排霾的锅炉烟筒混合系统将烟尘排送到逆温层和平流层，同样可以起到遮蔽阳光的降温作用，这是同时解决雾霾污染和全球变暖的最廉价方法。

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-1025474.html

现在，我们设计了更廉价的方案：利用烟囱排出的烟尘和热量，驱动热气球携带可折叠耐火软烟囱升到逆温层或平流层，将烟尘直接排放到高空，取得遮蔽阳光的阳伞效应，与此同时，降低地表的雾霾浓度，达到一石二鸟和两全其美的廉价效果。

驱霾新装置：热气球烟囱逆温层排烟尘

如果我们能将烟尘送到逆温层之上，加快烟尘的扩散，就可以减轻烟尘对地表空气的污染。热气球烟囱逆温层排烟尘系统是利用烟囱排出烟尘的热量，由热气球将锅炉排放的烟尘送到逆流层之上，既充分利用煤炭的热能，又减轻了烟尘对地表的空气污染，使煤炭也变为清洁能源。

热气球烟囱逆温层排烟尘简图