大气科学学院2022年度科学研究与队伍建设再创佳绩!


发布时间:2023-01-17浏览次数:48


1. 谈哲敏院士团队研究揭示热带对流响应的时间尺度及物理过程

在热带大气中,大尺度过程(辐射、环流等)积累不稳定能量并触发对流,湿对流过程释放不稳定能量并反馈到大尺度上。谈哲敏院士团队利用高精度区域数值模式模拟发现,对于天气尺度(~ 1000 km)系统而言,对流响应时间(约为0.5天)与大尺度过程的演变时间相当,“非瞬时”性显著,大气不再适用“准平衡”近似。对流响应的过程可以分为浅对流发展和浅对流-深对流转换两个阶段,其中涉及多尺度系统的相互作用。在大尺度强迫作用下小尺度对流触发。此时由于大气环境比较干,对流系统以浅对流为主。浅对流一方面通过局地垂直运动向上输送水汽;另一方面也由非瞬时对流-辐合反馈(NiCCF)引起大尺度环流维持低层辐合,并通过大尺度运动向上输送水汽。浅对流引起的低层辐合和有利的水汽条件使得更多的深对流爆发,对流系统由浅对流向深对流转换,潜热能量大量释放。此后,由于深对流的NiCCF作用很弱,对流系统难维持并逐渐消亡。相关成果连续在J. Atmos. Sci.发表。

文章信息:

Liu, Y., Z. Tan, and Z. Wu, 2022: Convective Response in a Cloud-permitting Simulation of the MJO: Time Scales and Processes. J. Atmos. Sci., 79, 1473-1490, 10.1175/JAS-D-21-0284.1.


2. 丁爱军团队多项成果揭示二次有机气溶胶反应与台风影响区域臭氧污染机制

认识挥发性有机物氧化生成二次有机气溶胶(SOA)的内在机制是准确理解气溶胶气候效应、改善我国空气质量的关键。低挥发性有机蒸汽(OOMs)是连接挥发性有机物氧化和SOA的关键中间产物。然而OOMs种类复杂且浓度极低,难以被常规手段有效测量,因此无法探知挥发性有机物氧化到SOA的演化步骤及其底层的物理化学机制。丁爱军教授团队与国内外多个团队合作,在我国沿海多个超大城市同步进行挥发性有机物、OOMs和有机气溶胶的综合测量,揭示了我国超大城市二次有机气溶胶的关键来源和反应途径。通过将binPMF技术引入质谱分子识别中,成功实现了超过1500个OOMs分子的有效甄别;发展了一套逻辑框架分析技术,确认OOMs的前体物,进一步通过其质量沉降通量评估对SOA生成的定量贡献,从而实现将SOA形成与不同种类的前体物氧化直接联系起来,为更好模拟SOA的生成奠定了基础。

臭氧光化学污染是当前我国夏秋季节的主要大气环境问题,在西北太平洋台风登陆前,我国沿海城市群经常会出现区域性的多日臭氧重污染。丁爱军教授团队与谈哲敏院士合作,基于多年台风路径和臭氧观测,发现当台风路径经由西太平洋低纬地区北上跨越台湾海峡时会导致长三角和珠三角先后出现区域性臭氧污染。利用气象-自然源-化学耦合模拟,发现台风外围高温和强辐射等条件显著加剧了华南森林挥发性有机物的排放,通过与人为源的相互作用增强两大城市群区的臭氧污染。随着台风的逼近和登陆,两大城市群间的臭氧及其前体物存在显著的上下游输送关系。

文章信息:

Nie, W.#, Yan, C. #, Huang, D. D. #, Wang, Z. #, …, Kulmala, M., Worsnop, D., Jiang, J.*, and Ding, A.*: Secondary organic aerosol formed by condensing anthropogenic vapours over China’s megacities. Nature Geoscience, 10.1038/s41561-022-00922-5, 2022.

Wang, N., Huang, X.*, Xu, J., Wang, T., Tan, Z.-M., Ding, A*, Typhoon-boosted biogenic emission aggravates cross-regional ozone pollution in China. Science Advances, 8, 2, 10.1126/sciadv.abl6166, 2022.


3. 郭维栋团队研究揭示大规模毁林/造林对日际温度变率的影响

毁林(或造林)可以通过改变反照率和粗糙度等地表属性影响陆-气之间的动量、能量和水分交换,从而影响局地和区域气候,即生物物理过程。郭维栋教授团队及合作者利用第六次国际耦合模式比较计划(CMIP6)及其子计划的模拟结果,结合北美和欧洲33个通量站的观测资料,围绕毁林/造林对日际温度变率影响这一科学问题开展了系统的研究,利用检测归因手段分析了历史时期和未来不同共享社会经济路径(SSP)情景下土地利用变化对日际温度变率的影响。结果表明,工业革命以来北美大规模毁林导致日际温度变率显著升高,该影响在区域尺度上抵消了由于温室气体和气溶胶排放等其它人类活动引起的日际温度变率下降的趋势。相反,如果采用绿色发展路径(SSP1-2.6),本世纪末北美大规模造林将会导致日际温度变率显著下降。该结果强调中高纬度国家在未来实施大规模造林时除了考虑其对陆地碳汇、平均温度和极端温度的影响外,需要考虑其对日际温度变率的影响。

文章信息:

Ge, J*; Liu, Q; Zan, BL; Lin, ZQ; Lu, S; Qiu, B; Guo, WD*: Deforestation intensifies daily temperature variability in the northern extratropics, Nature Communications, 13, 1, 5955, 10.1038/s41467-022-33622-0


4.王海鲲团队研究揭示中国碳排放提前达峰的环境健康效益

我国提出了2030年前实现碳达峰的目标,气候变化减缓措施可实现大气污染物协同削减,带来巨大环境健康协同效益。王海鲲教授课题组与合作者系统评估了未来社会经济发展路径下我国气候政策对改善环境空气质量和人群健康的协同效应,首次定量分析了中国提前实现碳排放达峰的潜在环境健康收益。通过融合政策情景分析、空气质量模拟、健康风险模型、成本效益分析等方法与数据,聚焦二氧化碳排放,从社会经济发展和气候政策强度两个维度,评估了不同气候政策路径下的碳排放,及其对改善环境空气质量和人群健康的协同效应。研究发现,在绿色发展路径(SSP1)和全球1.5℃控制目标下,我国可在2030和2050年分别避免约11.8万和61.4万人的PM2.5归因死亡。气候政策越严格健康协同效益越大,并且气候政策的长期协同效益更加明显。研究进一步指出,在2050年前,仅依靠气候政策的协同效应不足以实现“美丽中国”的空气质量目标,也难以抵消老龄化趋势导致的PM2.5相关死亡的上升,我国仍需持续增强大气污染防治力度,有效保护公众健康。

文章信息:

Tang, Rong; Zhao, Jing; Liu, Yifan; Huang, Xin; Zhang, Yanxu; Zhou, Derong; Ding, Aijun; Nielsen, Chris P; Wang, Haikun*: Air quality and health co-benefits of China's carbon dioxide emissions peaking before 2030, Nature communications, 13, 1, 1008, 10.1038/s41467-022-28672-3


5. 新增国家重点研发计划及国家自然科学基金重点等各类国家级项目21项

国家级科研项目再创佳绩,新增科技部重点研发项目2项、课题3项,国家自然科学基金重大项目课题1项、重点基金1项,气象联合基金重点项目1项、国际合作重点项目1项、面青项目12项。

杨修群教授主持的科技部国家重点研发计划(国际合作项目)“北极和青藏高原加速变暖的过程及其对欧亚气候的协同影响”(2022YFE0106600),将聚焦联系北极和青藏高原加速变暖的关键过程,研究其对欧亚气候变异的协同影响机理以及气候预测关键技术。陈辉林教授主持的“基于星-地监测的甲烷排放评估方法与标准研究”(2022YFE0209100),将针对我国拟制定的甲烷减排计划,研究甲烷点源排放精准估算方法,并系统评估全球甲烷排放核算的不确定度。

赵坤教授主持的自然科学基金重点项目“弓状回波强对流致灾大风形成机理研究”(42230607)和方娟教授主持的气象联合基金“长三角地区及其附近海面对流性灾害大风形成机理及预报方法研究”(U2242204),将结合多源观测和超高分辨率大涡数值模拟,研究我国季风气候背景下强对流大风的精细结构演变特征,揭示云微物理和多尺度动力过程以及复杂下垫面对大风形成的影响机理。

丁爱军教授主持的基金重大项目课题“臭氧污染过程、机理及预报方法研究”(42275055)和聂玮教授国际合作重点项目“天然源与人为源相互作用对氧化态有机物及二次有机气溶胶生成的影响机制研究”(42220104006),将通过外场观测、烟雾箱实验和数值模拟,分别研究我国东部城市群对流层臭氧的演变机制及预报方法,以及人为源与生物源相互作用下的低挥发性有机蒸汽(OOMs)生成机制。


6. 新增国家自然科学基金优青等国家级青年人才4人

顾剑峰,入选国家级青年人才计划,英国雷丁大学博士后、雷丁大学青年科学家优秀研究奖获得者。主要从事台风动力学、中小尺度对流动力学及参数化研究,揭示了大尺度环境影响台风强度及结构变化的物理机制,发展了对流精细结构影响单个对流及对流集合体动力学的概念模型及理论方法。以第一作者在J. Atmos. Sci.等天气动力权威期刊发表论文十余篇。  

刘腾宇,获国家自然科学基金优秀青年基金资助。主要从事二次有机气溶胶生成机制、气溶胶多相化学反应机制研究,揭示了气溶胶高离子强度显著促进H2O2氧化SO2,实测发现NO2在湿气溶胶表面氧化亚硫酸根的反应速率常数比稀溶液高3个数量级,揭示了我国机动车尾气二次有机气溶胶(SOA)生成潜势、关键前体物及其与NH3SO2生成二次气溶胶的协同效应。以第一/通讯作者在包括PNAS和Nature Chemistry等国际权威期刊上发表学术论文15篇。

庄炳亮,入选国家级青年人才计划。主要从事区域气候-化学耦合模式的发展与应用以及大气污染与气候变化及其相互作用研究,发展了区域气候-化学在线耦合模式中的气溶胶-辐射-云-降水相互作用的关键过程,提出了黑碳-云滴内部混合的半直接效应,揭示了气溶胶影响东亚季风的主要机理,建立了影响东亚臭氧污染的概念模型。发表第一/通讯作者论文20余篇,荣获省部级等奖励6项。


7.获批气候预测、雷达气象和城市气象三个中国气象局重点实验室

我院与国家气候中心联合组建的“中国气象局气候预测研究重点开放实验室”、与中国气象科学研究院联合申报的“中国气象局雷达气象重点开放实验室”、与北京城市气象研究院联合申报的“中国气象局城市气象重点开放实验室” 成功获批。其中气候预测实验室以提高我国气候预测准确率这一国家重大需求为导向,面向气候动力学和气候变化科学国际前沿,协同解决气候变化和气候预测业务中的关键科学技术问题。雷达实验室将面向雷达气象学实验室讲聚焦的国家天气防灾减灾的重大需求,在雷达探测理论与技术、强对流致灾机理、雷达短临预报关键技术等领域开展科学研究与协同技术创新,充分发挥气象雷达在防灾减灾中的“大国重器”作用。城市气象实验室瞄准城市湍流边界层、城市精细化数值预报、城市气候与气候变化等与城市气象相关的关键科学问题和核心技术难题,开展城市高分辨率快速数值天气预报、与人类活动有关的数值模拟、与城市气候和碳中和行动有关的研发、评估与支撑的基础研究、应用研究与技术集成,服务京津冀、长三角、珠三角等大城市经济社会发展,以及绿色、低碳、高质量发展新道路的实现。相关实验室未来将协同共建单位联合国内外相关力量,充分发挥部级实验室在开放协作、聚力创新、引领发展的重要作用,通过建立国际一流的大气科学研究平台,培养高质量气象人才,促进我国气象事业的高质量发展。


8.丁爱军荣获“科学探索奖”且其团队成果入选多个重要榜单

丁爱军教授荣获2022年度科学探索奖(天文和地学领域)。该奖由杨振宁等人发起,于2018年设立,秉持“面向未来、奖励潜力、鼓励探索”的宗旨,鼓励青年科技人才探索科学“无人区”。奖项面向基础科学和前沿技术的十个领域,每年遴选不超过50位获奖人。丁爱军为大气科学学科首位获奖人,主要“肯定他在大气化学与大气物理相互作用研究方面的贡献,并支持他在全大气边界层理化过程探测和数值模拟方向进行探索”。

该团队发表在《国家科学评论》上题为“Enhanced secondary pollution offset reduction of primary emissions during COVID-19 lockdown in China”论文入选年度“中国百篇最具影响国际学术论文”,为该期刊同年地学领域唯一入选论文,也是该团队继2020年Nature Geoscience论文后成果再次入选。该文自发表后已被国际同行引用近500次,为ESI高被引和热点论文,曾入选国家自然科学基金资助成果巡礼。

本年度,丁爱军教授继前2020和2021连续入选跨学科领域全球高被引科学家后再次入选地球科学领域全球高被引科学家,团队成员黄昕教授入选2022年度跨学科领域全球高被引科学家。


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