2024年1月6日,Daniel Rosenfeld教授應邀莅臨南赫學院,為師生們帶來一場主題為“Challenges in understanding global warming caused by aerosols”的精彩講座。本次講座由大氣科學學院朱延年副教授主持。
Daniel Rosenfeld教授,國際著名大氣科學學者,歐洲科學與藝術學院院士,AGU、AMS等多個國際學術組織會士,第六次IPCC評估報告章節首席作者,氣溶膠雲降水-氣候科學倡議創始成員和聯合主席,AEROSAT創始成員,曾獲得The Verner Suomi Medal、The WMO/UAE Prize、Schaefer Award、AGU's Kaufman Award以色列國家最高科技獎以及中國“國家友誼獎”等榮譽和獎勵。
Rosenfeld教授是氣溶膠—雲降水相互作用領域頂尖科學家,目前主要從事大氣遙感、氣溶膠雲—降水交互機制、人工影響天氣等研究并多次取得開創性成果,引領着國際氣溶膠氣候效應的研究,共發表高水平SCI論文200餘篇,其中在Nature、Science和PNAS上發表論文10餘篇,共被引用3萬餘次,H-index 87。
一、“船迹”
講座伊始,Rosenfeld教授首先解釋了氣溶膠對理解全球變暖的重要性。溫室氣體導緻全球變暖的方式清晰且易量化,而氣溶膠的間接效應氣候效應——氣溶膠,通過影響雲屬性,來影響地球的輻射平衡。這些間接效應使氣溶膠成為氣候系統中一個重要的調節因子。氣溶膠的來源包括自然源(如海鹽、火山噴發)和人為活動(如工業排放、交通尾氣)。氣溶膠的變化可能對氣候産生長期和季節性的影響,因此了解和研究氣溶膠的間接效應對于預測氣候變化和采取應對措施具有重要意義。如何量化氣溶膠的間接氣候效應對溫室氣體帶來的增暖的影響,仍然是氣溶膠—雲相互作用研究的一個熱點問題。
Rosenfeld教授首先由"船迹"引入主題。輪船排放的污染物,主要是大氣氣溶膠和顆粒物,具有吸濕性和雲凝結核的特性。當這些顆粒物被排放到大氣中時,它們提供了一個在大氣中水汽凝結的平台,促使水汽圍繞着這些顆粒物形成微小的液滴,即雲滴。在海洋上,輪船排放的氣溶膠和顆粒物很容易成為雲滴的凝結核,因為它們可以吸引水汽并促使其凝結成雲。這導緻了在輪船路徑上形成的雲滴密度較高、而且雲滴的有效半徑相對較小的現象。這樣的雲滴形成的雲,通常稱為“船迹”。
現在,這個過程對雲的性質和氣候有着重要的影響:
抑制降水過程:由于雲滴的數目增加,但它們的尺寸較小,這使得這些雲中的水滴更難以凝結成足夠大的雨滴或降水。因此,船迹上的雲往往表現出降水抑制的效果,即相對較少的雨水或降雪。
增加雲的反照率:較多且較小的雲滴會散射和反射更多的太陽光,增加雲的反照率。這意味着更多的太陽輻射被反射回太空,減少了到達地表的太陽輻射量,從而可能對地球的能量平衡産生影響。
延長雲的生命周期:由于較小的雲滴在大氣中懸浮時間較長,船迹上的雲可能具有較長的生命周期。這可能導緻在輪船路徑上形成持續存在的雲痕,也就是所謂的“船迹”。
二、不同粒徑氣溶膠對氣溶膠—雲—輻射的影響
随後,Rosenfeld教授在“船迹”的基礎上,進一步介紹了他的最新研究成果——不同粒徑氣溶膠對雲輻射性質的影響。這種複合效應是指在細粒子氣溶膠(fine aerosol)和粗海鹽氣溶膠(coarse sea salt aerosol)共同作用時産生的整體冷卻效應。
細粒子氣溶膠的增加可以提供額外的凝結核,促使更多的水氣凝結為雲滴,從而增加雲滴的數濃度和減少有效半徑,達到較強的輻射效應。但是也會導緻較小的雲滴容易蒸發,而損失雲水從而降低雲的輻射效應;而粗海鹽氣溶膠的存在,可導緻雲滴具有更大粒徑,減緩了因為蒸發帶來的雲水損失。兩者共同作用時,一方面更多的細粒子氣溶膠導緻更大的雲滴數濃度和更小的有效半徑,提高雲的反照率和延長雲生命周期。另一方面,粗海鹽氣溶膠的作用使得雲滴不至于小到被容易蒸發的粒徑範圍。在這種情況下,即可以保證雲的反照率足夠大,而且可以阻止因為蒸發帶來的雲水損失,在最佳的粗、細粒子氣溶膠負載下,可以達到最佳的冷卻效應。因此,合适的細粒子氣溶膠和粗海鹽氣溶膠的整體降溫效應比單一氣溶膠類型産生的降溫效應更為顯著。
張詩蕊同學:“Rosenfeld教授的講座生動有趣,讓我更深入地了解到氣溶膠通過其對雲和降水的影響進而産生對氣候的影響。講座深化了我對氣溶膠—雲相互作用的理解,同時對于氣候模型和預測有了一些自己新的見解。”
楊昕豫同學:“這次講座讓我進一步了解了氣溶膠對全球變暖的影響,得以從氣溶膠—雲相互作用的新視角看待氣候問題,也深刻體會到了科學研究的複雜性和創新性。”
Rosenfeld教授的此次講座鼓勵了同學們進一步理解全球氣候變化的複雜機制,并為應對氣候變化提供更有針對性的策略。
未來,南赫學院将繼續瞄準應對氣候變化和可持續發展等國際科學前沿和國家重大需求,進一步通過聯合師資、聯合培養、聯合管理等機制,實現強強聯手,努力培養一批具有卓越學識、創新精神和國際視野的拔尖人才!