近日,深海圈層與地球系統(tǒng)前沿科學(xué)中心/物理海洋教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室吳立新院士團(tuán)隊(duì)在全球地表向下太陽輻射的歷史和未來變化研究方面取得重要進(jìn)展,相關(guān)成果以“A long-term decline in downward surface solar radiation”(水汽在地表太陽短波輻射長期減少趨勢中的重要作用)為題,發(fā)表在National Science Review(《國家科學(xué)評論》)期刊。研究發(fā)現(xiàn)水汽對歷史階段太陽短波輻射減少的貢獻(xiàn)與氣溶膠相當(dāng)。該成果由學(xué)校“青年英才工程”第一層次教授、深海圈層與地球系統(tǒng)前沿科學(xué)中心/物理海洋教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室宋豐飛為第一作者,宋豐飛教授與吳立新院士擔(dān)任共同通訊作者,聯(lián)合國內(nèi)外研究人員合作完成。
圖1. 全球平均DSSR變化。模式模擬歷史階段(1959-2014)DSSR的(A)時間演變和(B)變化趨勢;(C)溫室氣體(GHG)和人為氣溶膠(AER)對DSSR變化的貢獻(xiàn);(D)DSSR的兩個分量(晴空下的分量 + 云所致的分量)在不同試驗(yàn)中的變化。
地表向下太陽短波輻射(DSSR)對地表大氣能量平衡至關(guān)重要,也是影響綠色能源-太陽能產(chǎn)出的主要因素。前人研究表明,DSSR在歷史時期存在顯著的年代際變化,1950至1980年代經(jīng)歷了普遍減少,即“變暗”現(xiàn)象,而此后則逐步恢復(fù),呈現(xiàn)“變亮”趨勢,這種變化在歐洲和北美地區(qū)尤為明顯。但由于海洋觀測數(shù)據(jù)缺乏,目前對全球DSSR的歷史變化并不清楚。隨著全球變暖,大氣中水汽含量不斷升高,除了廣為人知的溫室氣體效應(yīng),水汽同樣可以直接吸收太陽輻射。但前人研究多受限于陸地區(qū)域(氣溶膠強(qiáng)迫高值區(qū)),同時以前的氣候模式對水汽吸收效應(yīng)存在顯著低估,因此,水汽在歷史DSSR變化中的作用常被忽視。
科研團(tuán)隊(duì)結(jié)合最新一代的CMIP6氣候模式(該模式被認(rèn)為是首代在很大程度上克服了長期存在的DSSR偏差的氣候模式),發(fā)現(xiàn)所有CMIP6模式均一致顯示DDSR在1959-2014年顯著變暗,且是由人為強(qiáng)迫主導(dǎo)。上世紀(jì)80年代之后,全球氣溶膠排放顯著減少,但全球DSSR減少并未有變慢趨勢(圖1),這說明可能存在其他影響DSSR變化的關(guān)鍵要素。進(jìn)一步基于單一強(qiáng)迫試驗(yàn)(單獨(dú)溫室氣體強(qiáng)迫和單獨(dú)人為氣溶膠強(qiáng)迫),研究團(tuán)隊(duì)證實(shí)了水汽(主要受溫室氣體調(diào)控)和人為氣溶膠對全球DSSR減弱的貢獻(xiàn)相當(dāng),而且溫室氣體的作用在1979年以后更為顯著。
上述研究從全球(陸地+海洋)視角全面分析了DSSR的歷史變化,首次量化了溫室氣體和人為氣溶膠的相對貢獻(xiàn),并強(qiáng)調(diào)了水汽對歷史DSSR減少的重要作用,同時指出未來DSSR高度依賴于排放情景,因此推行清潔且低碳的排放政策將有助于遏制DSSR的進(jìn)一步減弱,為傳統(tǒng)化石能源向清潔能源的平穩(wěn)過渡提供關(guān)鍵保障。研究不僅加深了對全球變暖下大氣能量變化這一前沿科學(xué)問題的認(rèn)識,也為全球關(guān)注和國家需求的太陽能變化提供了重要理論支持。