Science刊登我校大氣與地球系統(tǒng)科學(xué)國(guó)際合作聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室中外團(tuán)隊(duì)在氣溶膠間接氣候效應(yīng)研究上取得的突破性進(jìn)展

近日，南京大學(xué)大氣與地球系統(tǒng)科學(xué)教育部國(guó)際合作聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室中外團(tuán)隊(duì)在氣溶膠間接氣候效應(yīng)研究上取得突破性進(jìn)展，研究成果以《Aerosol-driven droplet concentrations dominate coverage and water of oceanic low-level clouds》發(fā)表在《Science》雜志上。該成果揭示在給定氣象條件下，通過影響云水路徑和運(yùn)量，云凝結(jié)核（CCN）的變化可以解釋海洋低云輻射強(qiáng)迫的大部分變化（75%）。這表明CCN對(duì)海洋低云輻射強(qiáng)迫的影響在之前的研究中被嚴(yán)重低估了，同時(shí)也意味著先前的研究可能嚴(yán)重低估了溫室氣體的增暖效應(yīng)。該成果提高了現(xiàn)有研究對(duì)人類活動(dòng)引起的氣候變化的認(rèn)識(shí)，也對(duì)預(yù)估未來(lái)氣候變化具有重要意義。

氣溶膠顆粒作為云凝結(jié)核引起云輻射強(qiáng)迫的變化是人類活動(dòng)所引起輻射強(qiáng)迫的重要分量，也是氣候評(píng)估當(dāng)中不確定性最大的一項(xiàng)。鑒于海洋低云對(duì)入射太陽(yáng)輻射顯著的反射作用和所引起的冷卻效應(yīng)，理解氣溶膠顆粒如何影響海洋低云性質(zhì)，進(jìn)而影響海洋低云輻射強(qiáng)迫對(duì)理解地球系統(tǒng)能量收支和氣候變化具有重要意義。之前研究中所使用的基于衛(wèi)星觀測(cè)的氣溶膠光學(xué)信號(hào)（比如光學(xué)厚度或者氣溶膠指數(shù)）研究氣溶膠-云相互作用的方法，因?yàn)槭芟抻诜囱菁夹g(shù)，難以真實(shí)代表進(jìn)入云內(nèi)的CCN濃度，更無(wú)法測(cè)量清潔大氣中CCN的濃度。此外，如何分離出CCN和氣象要素對(duì)云的影響，是該類研究的另一難點(diǎn)。在本研究中，針對(duì)這兩個(gè)難點(diǎn)，研究人員提出新的方法：通過新發(fā)展的云滴數(shù)濃度（Nd）和云底上升速度（Wb）的反演方法，得到了在云底過飽和度下對(duì)應(yīng)的CCN濃度，巧妙地解決了前期使用氣溶膠光學(xué)信號(hào)來(lái)研究氣溶膠-云相互作用的困難；通過基于氣象要素對(duì)云進(jìn)行分類，再針對(duì)每一類分別研究CCN對(duì)云的影響，有效地排除了氣象要素的干擾。

圖1. 北美洲西邊太平洋海域的衛(wèi)星圖像。

顏色表示云滴數(shù)濃度，單位為立方厘米。通過觀察云滴數(shù)濃度的分布，可以很容易的辨別船舶排放的尾跡。當(dāng)每立方厘米的云滴數(shù)量大于50時(shí)，降水被抑制的同時(shí)云的覆蓋面積更大。而在船舶排放尾跡交匯處，云滴的濃度和云面積更大，更大的由小云滴組成的云層導(dǎo)致更多的太陽(yáng)能量被反射回太空。

此項(xiàng)研究工作由以色列希伯來(lái)大學(xué)Daniel Rosenfeld教授領(lǐng)銜，聯(lián)合了國(guó)內(nèi)外學(xué)者一同完成，包括來(lái)自陜西省氣象科學(xué)研究所朱延年博士、南京大學(xué)汪名懷教授、美國(guó)馬里蘭大學(xué)Youtong Zheng博士、德國(guó)萊比錫大學(xué)Tom Goren博士和浙江大學(xué)俞紹才教授。該論文共同第一作者為Daniel Rosenfeld教授和朱延年博士，共同通訊作者為Daniel Rosenfeld教授、汪名懷教授及俞紹才教授。大氣與地球系統(tǒng)科學(xué)國(guó)際合作聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室為中外團(tuán)隊(duì)的學(xué)術(shù)合作與交流提供了重要平臺(tái)和支持。Daniel Rosenfeld教授是南京大學(xué)大氣科學(xué)學(xué)院兼職教授，擔(dān)任大氣和地球系統(tǒng)科學(xué)國(guó)際合作聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室學(xué)術(shù)與咨詢?cè)u(píng)估委員會(huì)委員。文章共同通訊作者之一，南京大學(xué)汪名懷教授為國(guó)際合作聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室主任。Daniel Rosenfeld教授多次到訪國(guó)際合作聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，與實(shí)驗(yàn)室中方成員展開學(xué)術(shù)合作并對(duì)實(shí)驗(yàn)室發(fā)展提供指導(dǎo)意見。依托國(guó)際合作聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，Daniel Rosenfeld教授與朱延年博士于2018年10月在南京大學(xué)舉辦氣溶膠-云-物理講習(xí)班，共同培養(yǎng)人才和增進(jìn)雙方在氣溶膠-云相互作用領(lǐng)域合作。

圖為Daniel Rosenfeld教授主持氣溶膠-云-降水物理講習(xí)班合影（2018年10月）（一排左二為朱延年博士，一排左三為汪名懷教授，一排左四為Daniel Rosenfeld教授）

大氣與地球系統(tǒng)科學(xué)國(guó)際合作聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，作為南京大學(xué)第一個(gè)也是目前唯一一個(gè)獲教育部批準(zhǔn)的國(guó)際合作聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，是國(guó)家推動(dòng)綜合改革，實(shí)現(xiàn)國(guó)際化引領(lǐng)的重要計(jì)劃，在教育部、南京大學(xué)、赫爾辛基大學(xué)及江蘇省氣候變化協(xié)同創(chuàng)新中心等支持下，自成立以來(lái)已經(jīng)取得一批前沿性的科研成果。此次在氣溶膠間接效應(yīng)合作研究中取得的突破性進(jìn)展，彰顯了國(guó)際合作聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室在推動(dòng)學(xué)術(shù)合作與交流中扮演的重要角色，是積極開展富有成效的國(guó)際合作，擴(kuò)大國(guó)際影響的典范。

圖為大氣與地球系統(tǒng)科學(xué)教育部國(guó)際合作聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室學(xué)術(shù)與咨詢?cè)u(píng)估委員會(huì)2018年10月會(huì)議合影（二排右三為汪名懷教授；一排右四為Daniel Rosenfeld教授）

相關(guān)論文信息：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.

（大氣科學(xué)學(xué)院 大氣與地球系統(tǒng)科學(xué)國(guó)際合作聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室 科學(xué)技術(shù)處）