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CO辐射效应与生理效应对气候系统影响异同的模拟研究

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气候变化研究进展 2024年

作者：吴星怡曹龙浙江大学地球科学学院大气科学系

基于CESM地球系统模式，模拟研究不同CO2浓度变化情景下，在快响应阶段和平衡阶段，CO2通过影响大气辐射传输过程的辐射效应和通过影响植被气孔的生理效应对气候系统的影响和作用机制异同。试验结果表明，在CO2倍增的情况下，CO2辐射效... 详细信息

基于CESM地球系统模式，模拟研究不同CO2浓度变化情景下，在快响应阶段和平衡阶段，CO2通过影响大气辐射传输过程的辐射效应和通过影响植被气孔的生理效应对气候系统的影响和作用机制异同。试验结果表明，在CO2倍增的情况下，CO2辐射效应和生理效应都会引起全球地表的增温。辐射效应在两个阶段的地表增温中均起主导作用，而在快响应阶段，生理效应在全球陆表增温中贡献率达到了(27.5±0.9)%。CO2辐射效应和生理效应对全球水循环的影响有明显差异。在平衡阶段，CO2辐射效应使全球地表蒸散增加(5.2±0.1)%，径流量增加(8.0±0.4)%; 而CO2生理效应使全球地表蒸散量下降(3.9±0.1)%，径流量增加(10.1±0.4)%。在快响应阶段，生理效应在蒸散量的变化中占据主导作用。在CO2倍增试验基础上，又进行了大气CO2浓度分别为400×10-6、600×10-6、800×10-6、1000×10-6的模拟试验。随着CO2浓度的增加，受辐射效应影响，地表温度、蒸散量和降水量出现持续增加，但增幅有所放缓；受CO2生理效应影响，地表蒸散量持续减少，下降幅度并未出现明显变化。CO2辐射效应和生理效应的协同作用具有非线性。对于地表温度、降水和蒸散等变量，CO2辐射效应和生理效应共同作用引起的变化与两者单独作用时引起的变化之和存在差异，且这种差异随着CO2浓度的增加越来越显著。

关键词：气候变化 CO 辐射效应植被气孔 CO 生理效应

小规模平流层注入气溶胶实验有助于地球工程研究

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科学通报 2019年第23期64卷 2386-2389页

作者：曹龙浙江大学地球科学学院大气科学系

2018年12月12日,国际著名学术期刊Nature刊登了'2018年度十大科学长篇专题报道:这一年最难忘的科学故事'(https://***/articles/d41586-018-07748-5).Nature评选出2018年度最受欢迎的十大科学长篇专题报道:从首个遮挡太阳的实验,到传统... 详细信息

2018年12月12日,国际著名学术期刊Nature刊登了'2018年度十大科学长篇专题报道:这一年最难忘的科学故事'(https://***/articles/d41586-018-07748-5).Nature评选出2018年度最受欢迎的十大科学长篇专题报道:从首个遮挡太阳的实验,到传统中医的兴起,再到拯救消失的野生动物.

关键词： climate change solar geoengineering sun-dimming stratospheric aerosol

IPCC AR6报告解读:气候系统对太阳辐射干预响应

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气候变化研究进展 2021年第6期17卷 671-684页

作者：曹龙浙江大学地球科学学院大气科学系杭州310058

IPCC第六次评估报告(AR6)第一工作组报告评估了太阳辐射干预(Solar radiation modification,SRM)对气候系统和碳循环的影响。在大幅度减排基础上,太阳辐射干预有潜力作为应对气候变化的备用措施。目前,对于太阳辐射干预气候影响的评估... 详细信息

IPCC第六次评估报告(AR6)第一工作组报告评估了太阳辐射干预(Solar radiation modification,SRM)对气候系统和碳循环的影响。在大幅度减排基础上,太阳辐射干预有潜力作为应对气候变化的备用措施。目前,对于太阳辐射干预气候影响的评估都是基于模式模拟结果。评估主要结论如下:太阳辐射干预可以在全球和区域尺度上抵消一部分温室气体增加造成的气候变化(高信度);但是太阳辐射干预无法在全球和区域尺度上完全抵消温室气体增加引起的气候变化(几乎确定);有可能通过适当的太阳辐射干预设计,同时实现多个温度变化减缓目标(中等信度);在高强度温室气体排放情景下,如果太阳辐射干预实施后突然终止,并且这种终止长时间持续,将会造成快速的气候变化(高信度);如果在减排和CO_(2)移除的情况下,太阳辐射干预的实施强度逐渐减小至零,将显著降低太阳辐射干预突然终止产生的快速气候变化风险(中等信度);太阳辐射干预会通过降温作用,促进陆地和海洋对大气CO_(2)的吸收(中等信度),但是太阳辐射干预无法缓解海洋酸化(高信度);太阳辐射干预对其他生物化学循环影响的不确定性大。由于对云-气溶胶-辐射过程的相互作用和微物理过程认知有限,目前对平流层气溶胶注入、海洋低云亮化、高层卷云变薄等太阳辐射干预方法的冷却潜力和气候效应的认知还有很大的不确定性。

关键词：太阳辐射干预(SRM) 气候变化气候系统响应碳循环地球工程

IPCC AR6报告解读:气候系统对二氧化碳移除响应

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气候变化研究进展 2021年第6期17卷 664-670页

作者：曹龙浙江大学地球科学学院大气科学系杭州310058

IPCC AR6报告中控温1.5℃和2℃的低排放情景需要在21世纪中叶以后实现净负CO_(2)排放,这需要在很大程度上依赖CO_(2)移除措施。AR6对CO_(2)移除的主要评估结论如下:CO_(2)移除有潜力从大气中去除CO_(2)(高信度);如果CO_(2)移除量超过CO_... 详细信息

IPCC AR6报告中控温1.5℃和2℃的低排放情景需要在21世纪中叶以后实现净负CO_(2)排放,这需要在很大程度上依赖CO_(2)移除措施。AR6对CO_(2)移除的主要评估结论如下:CO_(2)移除有潜力从大气中去除CO_(2)(高信度);如果CO_(2)移除量超过CO_(2)排放量,将实现净负CO_(2)排放,降低大气CO_(2)浓度,减缓海洋酸化(高信度);通过CO_(2)移除方法从大气中去除的CO_(2)会部分被海洋和陆地释放的CO_(2)抵消(非常高信度);如果净负CO_(2)排放可以实现并且持续,CO_(2)引起的全球升温趋势将会逐渐扭转,但是气候系统的其他变化(例如海平面升高)仍会在未来的几十年到千年尺度上持续(高信度);不同CO_(2)移除方法会对生物化学循环和气候产生广泛的影响,这些影响会加强或减弱CO_(2)移除的降温潜力,并且影响水资源、食物生产和生物多样性(高信度)。

关键词： CO_(2)移除(CDR) 气候变化气候系统响应碳循环

CMIP6地球工程模式比较计划(GeoMIP)概况与评述

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气候变化研究进展 2019年第5期15卷 487-492页

作者：曹龙浙江大学地球科学学院大气科学系

太阳辐射管理地球工程是应对气候变化的备用措施。地球工程模式比较计划(GeoMIP)是第六次国际耦合模式比较计划(CMIP6)的重要组成部分。GeoMIP设计了一系列理想化地球工程试验,包括直接减少太阳辐射强度、向平流层注入硫酸盐气溶胶、向... 详细信息

太阳辐射管理地球工程是应对气候变化的备用措施。地球工程模式比较计划(GeoMIP)是第六次国际耦合模式比较计划(CMIP6)的重要组成部分。GeoMIP设计了一系列理想化地球工程试验,包括直接减少太阳辐射强度、向平流层注入硫酸盐气溶胶、向海表上空云层注入气溶胶凝结核、增加海水反照率等。在GeoMIP的统一模拟框架下开展地球工程模拟试验,进一步揭示了不同地球工程措施对全球气候的影响和作用机理,从而帮助我们更好地认知气候系统对地球工程的响应过程。更多的中国气候模式参加GeoMIP将提升我国在地球工程研究和国际气候谈判中的国际影响力和话语权。

关键词：太阳辐射管理(SRM) 地球工程模式比较计划(GeoMIP) CMIP6

大气生物气溶胶花粉单颗粒的形貌特征及吸湿特性研究

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环境科学研究 2022年第5期35卷 1102-1109页

作者：贾嘉宋晓焱滕晓咪罗伊琳徐亮袁琦李卫军华北水利水电大学地球科学与工程学院浙江大学地球科学学院大气科学系

近年来大气生物气溶胶颗粒吸湿性对气候和人体健康的影响引起了人们的广泛关注，而花粉颗粒是生物气溶胶的重要组成部分，为了解花粉颗粒吸湿性的变化趋势，在杭州市内收集了5种花粉颗粒(山茶花花粉、诸葛菜花粉、耧斗菜花粉、锦带花花... 详细信息

近年来大气生物气溶胶颗粒吸湿性对气候和人体健康的影响引起了人们的广泛关注，而花粉颗粒是生物气溶胶的重要组成部分，为了解花粉颗粒吸湿性的变化趋势，在杭州市内收集了5种花粉颗粒(山茶花花粉、诸葛菜花粉、耧斗菜花粉、锦带花花粉、三色堇花粉)，使用扫描电子显微镜观察花粉颗粒物的微观形貌，并使用单颗粒吸湿性系统研究了不同相对湿度(relative humidity,RH)条件下花粉单颗粒粒径的分布特征，获得了花粉颗粒吸湿增长因子(GF).结果表明：5种花粉颗粒的吸湿增长特征各异，RH=90%时山茶花、诸葛菜、耧斗菜、锦带花和三色堇花粉颗粒的吸湿增长因子分别为1.09、1.09、1.08、1.13和1.14,RH=95%时则分别为1.11、1.10、1.11、1.14和1.16，这些结果总体低于大气中无机盐颗粒的吸湿增长因子.在花粉颗粒的吸湿性增长过程中，不仅花粉颗粒表面有微弱的吸湿增长，一些花粉颗粒的整体结构和形态也会发生变化，如在扫描电子显微镜下，可以观察到锦带花花粉颗粒在干燥状态时表现为一种内部镂空的塌缩状态，而在相对湿度增大的过程中颗粒会鼓起并逐渐接近于球形.这表明花粉颗粒在大气中确实呈现出较弱的吸湿增长特性，且颗粒内部会吸水，从而改变其形貌结构，这对于理解花粉颗粒在人体呼吸道中的表面吸湿行为及其在大气中的成云凝结核能力有着重要的科学意义.研究显示，花粉种类、花粉萌发孔数目和花粉表面结构影响花粉吸湿性，低湿度下花粉吸湿增长缓慢，高湿度下花粉吸湿增长迅速.

关键词：花粉颗粒生物气溶胶颗粒吸湿性形貌扫描电镜

太阳辐射管理地球工程对海洋酸化影响的模拟研究

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气候变化研究进展 2019年第1期15卷 41-53页

作者：温作龙姜玖曹龙浙江大学地球科学学院大气科学系杭州310027

研究地球工程对海洋酸化的影响对于评估地球工程对全球气候和环境的影响有重要意义。文中使用中等复杂程度的地球系统模式,模拟了典型CO_2高排放情景RCP8.5下,实施太阳辐射管理地球工程对海洋表面的pH和文石(碳酸钙的一种亚稳形态)饱和... 详细信息

研究地球工程对海洋酸化的影响对于评估地球工程对全球气候和环境的影响有重要意义。文中使用中等复杂程度的地球系统模式,模拟了典型CO_2高排放情景RCP8.5下,实施太阳辐射管理地球工程对海洋表面的pH和文石(碳酸钙的一种亚稳形态)饱和度的影响,并定量分析了各环境因子对海洋酸化影响的机理。模拟结果表明,在RCP8.5情景下,到2100年,相对于工业革命前水平,全球海洋表面平均pH下降了0.43,文石饱和度下降了1.77。相对于RCP8.5情景,2100年地球工程情景下全球海洋表面平均pH增加了0.003,而文石饱和度降低了0.16。地球工程通过改变溶解无机碳、碱度、温度等环境因子影响海洋酸化。相对于RCP8.5情景,实施地球工程引起的溶解无机碳浓度的增加使pH和文石饱和度均减小,碱度的增加使pH和文石饱和度均增大,温度的降低使pH增大而使文石饱和度减小。总体而言,太阳辐射管理地球工程可以降低全球温度,但无法减缓海洋酸化。

关键词：地球工程太阳辐射管理海洋酸化气候变化地球系统模拟

2010年6月中旬浙闽赣地区暴雨特征和冰云热力效应的数值模拟分析

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气象科学 2021年第4期41卷 427-440页

作者：邢书强李小凡浙江大学地球科学学院大气科学系杭州310027

以2010年6月19日发生在浙闽赣地区的一次强降水过程为例,利用中尺度WRF模式进行模拟,用模拟资料对该地区降水收支特征和冰云热力作用进行分析。依据局地水汽/热量变化项、水汽/热量辐合辐散项和云凝物辐合辐散项这3个因子可将降水分为8... 详细信息

以2010年6月19日发生在浙闽赣地区的一次强降水过程为例,利用中尺度WRF模式进行模拟,用模拟资料对该地区降水收支特征和冰云热力作用进行分析。依据局地水汽/热量变化项、水汽/热量辐合辐散项和云凝物辐合辐散项这3个因子可将降水分为8类,其中局地水汽变干和大气变暖、水汽辐合和热量辐散以及云凝物辐合时,降水强度(雨强)最强,而局地水汽变湿和大气变冷、水汽辐合和热量辐散以及云凝物辐合时,降水覆盖率最大。冰云热力效应包括辐射和潜热两部分。基准试验与敏感性试验对比分析表明冰云辐射减弱降水,而冰云潜热增强降水。热量收支对比分析发现冰云辐射造成辐射冷却的减弱在对流层中低层随高度增加,减弱大气不稳定和降水;而冰云潜热造成潜热增强在对流层中高层随高度减小,增强大气不稳定和降水。

关键词：浙闽赣地区暴雨降水收支雨强降水覆盖率辐射潜热

第四纪柴达木盆地是黄土高原的主要物源区吗?

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第四纪研究 2022年第4期42卷 939-947页

作者：吴磊胡晓燚浙江大学地球科学学院浙江杭州310027

中国黄土高原上广泛分布着连续的第四系风成沉积,是研究亚洲干旱化过程、大气环流模式和亚洲季风演化的关键地区。目前对风成沉积的来源还存在很大争议,其中柴达木盆地是否为黄土高原提供大量碎屑物质是争议的焦点之一。文章利用沉积物... 详细信息

中国黄土高原上广泛分布着连续的第四系风成沉积,是研究亚洲干旱化过程、大气环流模式和亚洲季风演化的关键地区。目前对风成沉积的来源还存在很大争议,其中柴达木盆地是否为黄土高原提供大量碎屑物质是争议的焦点之一。文章利用沉积物厚度、孔隙度-深度关系和剥蚀速率等参数,定量估算得出柴达木盆地内第四系碎屑骨架体积为约(6.2±1.2)×10^(4) km^(3),而物源区可提供的碎屑骨架体积最大为约(6.4±0.8)×10^(4) km^(3),二者近似平衡。结果表明,柴达木盆地在第四纪时没有多余的碎屑可供外输,从物质守恒的角度揭示柴达木盆地无法为黄土高原提供大量碎屑。受东部鄂拉山的阻挡以及风蚀颗粒相对较大等因素的影响,第四纪风蚀作用产生的大量碎屑被就近搬运至盆地东部沉积下来。

关键词：物质守恒碎屑骨架体积柴达木盆地黄土高原源汇分析