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AAS发表中科院“碳专项”成果专刊
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2017-07-04 | 【 【关闭】

  全球变暖是近几十年来世界面临的最大问题之一。针对我国应对气候变化与碳减排的国际谈判以及国家可持续发展最佳途径选择等重大科技需求,中科院于2010年底启动了战略科技先导专项“应对气候变化的碳收支认证及相关问题”(简称“碳专项”)项目,组织中科院和相关高校及部委相关单位多学科交叉的优势力量,联合五十余科研院校、约四千名科技人员在5年时间里、分5个项目群对相关问题进行了持续深入研究。中国科学院大气物理研究所吕达仁院士为“碳专项”首席科学家。 

  

  “碳专项”专刊封面。应用中国科学院大气物理研究所研发的基于卫星观测的大气CO2浓度反演算法(Institute of Atmospheric Physics Carbon Dioxide Retrieval algorithm for satellite remote sensing, IAPCSA) GOSAT卫星(封面中所示卫星)资料进行反演实验,产生的CO2浓度产品应用于CarbonTracker-China CT-China)进行中国地区碳源汇计算。图中填色图表示卫星观测的全球碳通量,其中红色表示碳排放较强的地区,图中直线排列的球型原子直观的表示了大气二氧化碳分子。 

  为增强我们对大气碳浓度和碳源汇监测系统、人为排放气溶胶与气候变化的关系的理解,进一步减少我们对其相互关系认知的不确定性,《大气科学进展》特发表“碳专项”成果专刊(https://link.springer.com/journal/376/34/8/ )。序言由吕达仁院士亲自撰写,系统回顾了碳专项回答的核心科学问题和碳专项项目已取得的主要研究成果。 

  尽管《大气科学进展——“应对气候变化的碳收支认证及相关问题”专刊》仅仅是碳专项研究成果中的一小部分,但本专刊发表的论文无疑增强了我们对大气碳浓度和碳源汇监测系统、人为排放气溶胶与气候变化的关系的理解,有助于进一步减少我们对其相互关系认知的不确定性。 

  Preface to the Special Issue on the Program of "Carbon Budget and Relevant Issues"——A Strategic Scientific Pioneering Program of the Chinese Academy of Sciences  

  Daren LÜ 

  Adv. Atmos. Sci.  2017, 34 (8): 939 -940 .   DOI: 10.1007/s00376-017-7001-x  

  https://link.springer.com/article/10.1007/s00376-017-7001-x  

  Characteristics of Temperature Change in China over the Last 2000 years and Spatial Patterns of Dryness/Wetness during Cold and Warm Periods  

  Quansheng GE, Haolong LIU, Xiang MA, Jingyun ZHENG, Zhixin HAO 

  Adv. Atmos. Sci.  2017, 34 (8): 941 -951 .   DOI: 10.1007/s00376-017-6238-8 

  https://link.springer.com/article/10.1007/s00376-017-6238-8 or 

  http://159.226.119.58/aas/EN/10.1007/s00376-017-6238-8   

  摘要   

  本文综述了近来中国过去2000年气候变化研究中新取得的高分辨率代用资料和重建序列。结果显示:(1)中国温度存在50-70年、100-120年和200-250年的准周期变化,其年代和百年际变幅分别约为1.30.7,且在百年尺度上与太阳辐射的长期变化显著相关,尤其是气温寒冷阶段与太阳活动极小期相对应。(21870-2000年是中国增温最快的阶段,速率为0.56 ± 0.42°C (100 yr)−1,但20世纪的气温记录可能并不是过去2000年未曾出现过的,重建表明公元981-1100年和1201-1270年间的温暖程度可与之相比。(3)对中国东部所有百年尺度暖期的集合平均显示其旱涝格局呈三极空间分布:25°N以南偏旱,25°–30°N偏涝,30°N以北偏旱;而在所有百年尺度冷期旱涝格局则呈经向分布。(4)强厄尔尼诺南方涛动和北大西洋年代际振荡是导致20世纪中国季风区降水增加的主要原因。(5)在中国东部,蝗灾与温度及降水变化显著相关,干冷气候条件下蝗灾较多;北部地区的鼠疫与干湿变化呈正相关,但南方地区的鼠疫却与干湿变化呈负相关。     

  Grid-cell Aerosol Direct Shortwave Radiative Forcing Calculated Using the SBDART Model with MODIS and AERONET Observations: An Application in Winter and Summer in Eastern China  

  Yunfei FU,Jiachen ZHU,Yuanjian YANG,Renmin YUAN,Guosheng LIU,Tao XIAN,Peng LIU 

  Adv. Atmos. Sci.  2017, 34 (8): 952 -964 .   DOI: 10.1007/s00376-017-6226-z  

  https://link.springer.com/article/10.1007/s00376-017-6226-z or 

  http://159.226.119.58/aas/EN/10.1007/s00376-017-6226-z  

  摘要   

  本文利用SBDART模式,结合MODISAERONET提供的气溶胶数据以及再分析数据,并以中国东部冬、夏季节为例,提出了一种模拟计算格点尺度上气溶胶直接辐射强迫的方法。结果表明,气溶胶光学参数和直接辐射强迫存在明显的季节变化和区域差异。对于光学厚度而言,夏季的值要明显高于冬季,且夏季时中国东部存在两个明显的高值区。对于单次散射反照率来说,夏季的值也高于冬季,这主要与夏季时弱吸收性的二次气溶胶增多有关,且从空间分布上来看,夏季时中国北方的单次散射反照率值高于南方,冬季时正相反。对于中国东部冬、夏季而言,气溶胶在大气顶和地面层都会造成负的辐射强迫,且在地面的辐射强迫为大气顶辐射强迫的四倍。气溶胶的辐射强迫对地面层有明显的降温增湿效果。除季节变化外,气溶胶光学厚度和辐射强迫也都表现出明显的年际变化,且夏季时年际变化比冬季时剧烈。但是受到单次散射反照率影响,辐射强迫的年际变化情况并不总是与光学厚度的完全对应。本文还研究了气溶胶辐射强迫与季风活动的关系,结果表明气溶胶辐射强迫的空间分布在季风强弱年时存在明显差异。总体而言,本文的研究结果表明在较大尺度的区域内,利用SBDART模式并结合气溶胶观测资料和再分析资料进行格点尺度上气溶胶直接辐射强迫模拟计算的方法是有效的。 

  Monitoring Carbon Dioxide from Space: Retrieval Algorithm and Flux Inversion Based on GOSAT Data and Using CarbonTracker-China  

  Dongxu YANG, Huifang ZHANG, Yi LIU, Baozhang CHEN, Zhaonan CAI, Daren LÜ 

  Adv. Atmos. Sci.  2017, 34 (8): 965 -976 .   DOI: 10.1007/s00376-017-6221-4  

  https://link.springer.com/article/10.1007/s00376-017-6221-4 or 

  http://159.226.119.58/aas/EN/10.1007/s00376-017-6221-4  

  摘要   

  基于高光谱分辨率短波红外卫星观测可以获取高精度的全球大气CO2浓度资料,有效提高碳通量的计算精度,从而降低温室气体排放在气候变化研究中的不确定性。本文介绍在中国科学院“应对气候变化的碳收支认证及相关问题”战略性科技先导专项的支持下建立的碳通量计算系统,实现了从卫星观测到碳通量计算。该系统由两部分构成:中国科学院大气物理研究所研发的基于卫星观测的大气CO2浓度反演算法(The Institute of Atmospheric Physics Carbon Dioxide RetrievalAlgorithm for Satellite Remote Sensing, IAPCAS)和中国科学院地理科学与资源研究所研发的CarbonTracker-ChinaCT-China)碳同化系统。本研究使用日本Greenhousegases Observing SATelliteGOSAT)卫星观测资料进行大气CO2浓度反演和碳通量计算。为提高IAPCAS反演产品的质量,研发了一种基于观测参数和反演参数的质量控制方法,用于数据筛选和偏差订正等反演产品的优化,最终25~30%被认为是高质量产品,可供数据分析和碳通量反演使用。结合地表覆盖类型和人口密度,本研究分析了大气CO2浓度的季节变化特征。使用IAPCAS的反演产品,应用CT-China开展了中国地区碳通量的计算实验,结果表明净生态系统CO2交换量为0.34 Pg C yr1 (±0.08 Pg C yr1)。理论上讲,与仅使用地基观测相比,使用卫星资料的碳通量计算可以有效降低85%的不确定性。 

  Unprecedented Warming Revealed from Multi-proxy Reconstruction of Temperature in Southern China for the Past 160 Years  

  Yang LIU, Jingyun ZHENG, Zhixin HAO, Xuezhen ZHANG 

  Adv. Atmos. Sci.  2017, 34 (8): 977 -982 .   DOI: 10.1007/s00376-017-6228-x  

  https://link.springer.com/article/10.1007/s00376-017-6228-x or 

  http://159.226.119.58/aas/EN/10.1007/s00376-017-6228-x  

  摘要   

  利用历史文献中的降雪南界、树轮宽度及树轮稳定氧同位素(δ18O)等多种代用资料,通过高低频信号分解回归再合成方法,重建了1850–2009年华南地区年平均气温变化序列。结果显示:1871–2009年华南气温变化的线性趋势为0.47°C (100 yr)1,其中1877–19381968–2007年两个时段升温最为强劲,速率分别达到0.125°C (10 yr)10.258°C (10 yr)1。年代际尺度上暖期包括1910s–1930s1980s–2000s,后者温暖程度显著高于前者,是过去160年间的最暖时段,不过2000年后增暖趋势有所停滞。此外,从1860s开始华南气温迅速下降,随后的寒冷阶段持续到1890s,其中18921893年达到最低值;另一段降温期出现在1940s-1860s,但降温速率较缓。代用资料不受城市热岛效应影响,基于此重建的温度序列独立于气温观测资料,为研究20世纪全球变暖特征和近年来的增暖停滞提供了新证据。 

  Aircraft Measurements of Cloud-Aerosol Interaction over East Inner Mongolia  

  Yuhuan LÜ,Hengchi LEI,Jiefan YANG 

  Adv. Atmos. Sci.  2017, 34 (8): 983 -992 .   DOI: 10.1007/s00376-017-6242-z  

  https://link.springer.com/article/10.1007/s00376-017-6242-z or 

  http://159.226.119.58/aas/EN/10.1007/s00376-017-6242-z  

  摘要   

  本文对2009-2011年内蒙通辽地区41架次飞行探测结果进行了统计,研究气溶胶和暖云的相互作用。结果表明,该地区气溶胶数浓度(Na)垂直分布特征与清洁大气的情况较为接近。气溶胶平均有效直径(De)基本维持0.4 µm附近。在飞机水平穿云过程中,两种天气形势下N均表现出从云外到云内递减,NcLWC表现为递增,污染情况比清洁情况变化明显。云对气溶胶的湿清除作用主要集中在积聚模态,尤其是小于0.4 μm粒子段。污染情况下,云内最小气溶胶湿清除系数(F)0.02,而清洁情况下最小F接近0.1,说明污染情况比清洁情况下云对气溶胶的清除作用要强。与清洁情况下对比,污染情况下形成的云滴谱型较窄,云滴谱的水平分布也较为均一,云侧边界的夹卷作用对云滴谱的影响较小。 

  Validation of MODIS C6 AOD Products Retrieved by the Dark Target Method in the Beijing-Tianjin-Hebei Urban Agglomeration, China  

  Jie ZHANG,Jinyuan Xin,Wenyu ZHANG,Shigong WANG,Lili WANG,Wei XIE,Guojie XIAO,Hela PAN,Lingbin KONG 

  Adv. Atmos. Sci.  2017, 34 (8): 993 -1002 .   DOI: 10.1007/s00376-016-6217-5  

  https://link.springer.com/article/10.1007/s00376-016-6217-5 or 

  http://159.226.119.58/aas/EN/10.1007/s00376-016-6217-5  

  摘要   

  本文利用200781日~2008731日京津冀地区地基观测站的气溶胶观测资料,系统评估了该区域暗像元法反演的MODISC6 3km10km分辨率AOD产品精度。MODIS 3km10km气溶胶产品与地基观测值具有较好一致性。两种气溶胶产品精度均表现出明显的季节变化特征,落入NASA误差线比例冬季最高,春秋次之,夏季最低,春、夏季高估尤为明显(27.3%65.9%)。不同下垫面条件下,3km10km气溶胶产品对AOD时空分布的描述能力存在差异,大城市10km产品精度较高,城郊3km产品精度较高;城市地区3km产品落入NASA误差线比例(18%59%)低于10km产品(3169%));城郊地区3km产品落入NASA误差线比例(61%84%)高于10km产品(54%83%),特别对于AOD高值区间(>1.5),3km10km产品落入误差线比例分别达到73%63%,两者差异较大。总体来说,MODISC6暗像元法3km10km)分辨率AOD产品在城郊(城市)地区具有较好代表性。   

  Airborne Observations of Cloud Condensation Nuclei Spectra and Aerosols over East Inner Mongolia  

  Jiefan YANG,Hengchi LEI,Yuhuan LÜ 

  Adv. Atmos. Sci.  2017, 34 (8): 1003 -1016 .   DOI: 10.1007/s00376-017-6219-y  

  https://link.springer.com/article/10.1007/s00376-017-6219-y or 

  http://159.226.119.58/aas/EN/10.1007/s00376-017-6219-y  

  摘要   

  气溶胶直接和间接辐射效应是目前气候研究的重点之一,而目前中国气溶胶及CCN飞机直接观测数据的时空分布较为稀疏。有鉴于此,本文利用2010-20115-9月内蒙东部通辽地区飞机搭载PCASPCCN计数器的观测资料,重点分析了该地区气溶胶及CCN的分布特征。统计结果表明,该地区气溶胶(0.1-3μm)的平均值在各个高度层上均远小于北京及其周边重污染地区,接近于典型清洁地区的分布情况。边界层内气溶胶数浓度的均值在5-7月份较高,8-9月份较低,与MODISAOD的变化趋势基本一致。另外,利用飞机观测资料结合HYSPLIT后向轨迹模拟,重点分析了201088日及815日两天不同的空气团对CCN数浓度及活化率的影响。结果显示,来自华北等高污染地区的空气团可显著增加CCN数浓度,但同时降低了CCN活化率。 

  Optical Properties and Source Analysis of Aerosols over a Desert Area in Dunhuang, Northwest China  

  Yongjing MA,Jinyuan XIN,Yining MA,Lingbin KONG,Kequan ZHANG,Wenyu ZHANG,Yuesi WANG,Xiuqin WANG,Yongfeng ZHU 

  Adv. Atmos. Sci.  2017, 34 (8): 1017 -1026 .   DOI: 10.1007/s00376-016-6224-6  

  https://link.springer.com/article/10.1007/s00376-016-6224-6 or 

  https://link.springer.com/article/10.1007/s00376-016-6224-6  

  摘要   

  2012年中国气溶胶综合特性观测网 (CARE-China)敦煌站气溶胶光学特性观测分析结果表明: 该地区500nm波段AOD年均值为0.32 ± 0.06, 波长指数(α)年均值为0.73 ± 0.27. 敦煌地区气溶胶光学特性呈现显著季节变化特征. 春季多沙尘天气, AOD达到最大季节均值0.41 ± 0.04, 相应α值较小, 0.44 ± 0.04;夏秋两季是旅游旺季, 大量游客涌入及机动车的使用排放大量人为气溶胶粒子;冬季出现沙尘粒子和家用燃煤取暖排放的细粒子的复合型污染, AODα分别为0.29 ± 0.020.66 ± 0.17. 不同季节不同气团对该地区气溶胶浓度影响不同. 春季, 西北短程气团裹挟大量沙尘粒子影响敦煌地区, AODα变化范围最大, 分别为0.11–1.180.06–0.82;夏季西北短程气团携带大量城市气溶胶污染敦煌地区, 而秋季主要来自西方气团对混合气溶胶的输送影响;冬季三种气团作用下, AODα变化范围相似, 表明冬季不同来向气团对局地污染物具有相同的扩散作用。 

    

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