气溶胶辐射强迫理解

浅谈气溶胶辐射强迫

气候变化由地一气系统的辐射平衡状况决定。气候可以因太阳短波辐射及地一气系统长波辐射的变化而变化。如气候系统处于平衡态，则其吸收的太阳短波辐射等于地一气系统向外发射的长波红外辐射，任何对这种平衡的扰动并因此使气候发生变化的因子均被称之为辐射强迫因子。地—气系统的辐射强迫因子主要指入射太阳辐射以及大气中的温室气体、臭氧、云和气溶胶等。

气溶胶是由大气介质和混合于其中的固体或液体颗粒物组成的体系。大气气溶胶定义为那些悬浮在大气中直径为10-3—10um的微粒。气溶胶种类较多，一般将其分为自然源和人为源两类。自然源气溶胶(如沙尘、海盐粒子和海洋硫酸盐化合物等)在大气中的含量、分布和光学特性在一个较长的时间段内可以近似看做不变；火山爆发产生的气溶胶也不会有长期的效应。对气候变化或气候强迫的研究而言，可以忽略这类气溶胶的影响。而人为源气溶胶，如化石燃料燃烧产生的硫酸盐化合物以及石油燃烧产生的烟尘、沙漠化形成的土壤尘埃和生物体燃烧产生的烟雾等等，自工业革命以来在大气中的含量持续增加，尤其是本世纪50年代以来增长更加迅猛。因此，人为气溶胶辐射强迫对气候变化的影响是不容忽视的。大气气溶胶由不同相态物体组成，虽然其含量很少，但对大气中发生的许多物理化学过程都有重要的影响。

大气气溶胶对气候的辐射影响可分为直接和间接两部分。气溶胶粒子吸收和散射太阳辐射，从而直接改变地—气系统的能量收支，影响气候变化；气溶胶粒子还可以作为云的凝结核(CC:N)改变云的光学特性和生命期，而间接地影响气候。此外，它还参于臭氧的非均相反应，影响臭氧平衡，间接地影响地气系统的能量收支。但对这两方面影响的研究仍存着不少困难：

（1）对于气溶胶直接辐射强迫及气候响应的研究，一方面，由于气溶胶特性及含量的时、空分布，在目前和不远的将来还无法较为准确地在全球范围由模式计算得到，使得难以准确地估计直接辐射强迫的大小和分布；另一方面，由于辐射强迫引起的温度变化可以使气候系统产生反馈，这又会加强直接辐射强迫的程度，并使其分布也发生变化。由于气候灵敏度的不同，导致反馈的强弱随纬度的差异(表现在极区最大)。此外，由于海洋的热容量较大，故气候系统对外部的强迫在很大程度上依赖海洋及海洋与大气间复杂的相互作用来调整。最后，由于气候系统本身的“非确定”性，即在无任何外界强迫的情况下，气候系统也会产生非强迫的“自然”变率。这更增加了准确模拟和预测气候系统对直接辐射强迫响应的困难。

（2）到目前为止，由于理论上对云本身的夹卷和混合过程以及气溶胶与云、气溶胶与臭氧相互作用的微物理和化学反应过程，了解还很不全面。因此，准确地估计气溶胶间接辐射强迫的大小是相当困难的。

根据目前的研究结果，由气溶胶引起的全球平均辐射强迫和温室气体引起的辐射强迫量级相等，而性质却相反，气溶胶引起的温度降低有可能局部抵消由于温室气体引起的全球温度升高。但相对于温室气体的研究来说，有关气溶胶辐射强迫研究的可信度都在低或者很低的水平，因此这还是一个需要进一步加强研究的领域。国内外对气溶胶的研究主要有以下几类：

1、气溶胶辐射特性研究

对于气候研究很重要，中国已经开展了这方面的研究，气溶胶遥感研究就是

其中一例。气溶胶粒子对入射辐射的散射和吸收作用可以使入射辐射的性质和强度发生变化，通过测量入射辐射的变化可以反演气溶胶粒子特性，这是遥感气溶胶的基本原理。主要研究内容有以下几方面：

（1）球形和非球形粒子散射和吸收特性研究；

（2）环境因素对粒子辐射特性的影响：实际大气中的气溶胶粒子受到周围环境因素的影响，其辐射特性也会发生变化。通常情况下，气溶胶粒子具有吸湿性，特别是硫酸盐等水溶性粒子受周围环境湿度的影响较大，这方面的研究主要集中在大气湿度对气溶胶辐射特性的影响上面。

2、气溶胶对气候和环境的辐射效应研究

气溶胶对气候和环境的辐射效应研究基本上是从20世纪90年代开始的，主要包含两部分内容：

（1）不同地区气溶胶对周围环境的辐射效应研究，主要局限于局地范围和特定的气溶胶类型；

（2）气溶胶气候效应的模式研究，主要从局域和全球尺度对气溶胶的气候效应进行模拟研究，以阐明气溶胶对气候变化的影响。

3、气候响应的季节变化特征

周秀骥等研究发现，我国大气气溶胶光学厚度多年平均分布状况是以四川盆地为大值中心向四周减少；长江中下游武汉附近和南疆盆地为另两个大值中心；青藏高原为气溶胶低值区；我国绝大部分地区春季气溶胶光学厚度值最大，各地气溶胶光学厚度最小值出现的季节则有所不同。气溶胶辐射强迫介于—5.3~—13 W/m2之间;辐射强迫具有春、夏季大，秋、冬季小，冬季南方偏大，夏季北方偏大的特征。气溶胶辐射强迫的分布与其光学厚度的分布基本一致。由于气溶胶的影响，中国大陆地区地而气温均有所下降。

在环境变化与气候预测受到日益重视的今天，加强对我国大气气溶胶状况的了解，进而估量其辐射强迫的大小，模拟其对区域乃至全球气候的影响便具有非常重要的意义。