细颗粒物污染对降水、酸雨及气候变化的影响

　　20世纪70年代初，对不同地理区域云降水效率的研究表明，气溶胶的性质对云滴的浓度和大小及降水有很大影响。

　　1972 年召开的斯德哥尔摩人类环境会议，促进了对潜在的气候变化和相关领域的研究。

　　随着人们对气候变化的关注以及对气溶胶认识的逐步深入，气溶胶的气候效应理论于20世纪70年代末被提出来，研究的重点主要针对云的反照率和大气辐射收支的影响。

　　20世纪80年代以后气溶胶的化学成分引起了特别的关注，对气溶胶和酸雨的研究在国内外呈蓬勃之势，其中大量的实验研究基于云和降水过程对气溶胶的清除，并关注酸性物质的湿沉降。

　　一、对降水的影响

　　在降水的形成和沉降过程中，PM2.5起着十分重要的作用，对降水的性质有着举足轻重的影响。

　　有研究显示，PM2.5排放的增加改变了云微物理特性，抑制了降水，使得东亚及华东地区年降水量分别减少5.8%和13%。

　　此外，气溶胶增加还引起亚洲大陆上净短波辐射减少，造成地表气温普遍降低，夏季平均气温变化最大的巴尔卡什湖附近气温降低达2.5℃以上，由此导致海陆热力对比减小、亚洲夏季风减弱，进而加剧了东亚夏季降水的减少。

　　另外，英国《自然·地球科学)杂志发表的研究成果指出，大气中PM2.5浓度的增加能够显著影响云的形成和发展及伴随的降水过程。

　　在干燥地区或季节，颗粒物增加会抑制降水；在湿润地区或季节，颗粒物增加会增加降水和暴雨强度。

南涝北旱

　　人活动排放的气溶较是影响中国干早与暴雨分布的可能因子之一

　　有研究通过模拟分析认为，中国南部和印度等气溶股高值区降水增多；BC气溶胶的增加使青藏高原南北侧分别产生了一个强的上层东风和西风带，形成一个反气旋环流，并可能与过去数十年中国南涝北早加剧的趋势有关。

　　有学者在气候模式中纳入含碳气溶胶（黑炭和有机炭）的作用，模拟表明中国南部、印度云量减少，地表温度上升，降水减少；而中国北部（30°~40°N）、孟加拉湾云量增加，地表温度下降，降水增加，即总体上中国呈现北涝南早趋势，与前面的研究结论相反。

　　有学者研究认为，自20世纪80年代起，华南和沿海地区工业经济迅速发展所引起硫酸盐气溶胶大量增加所产生的降温效应，可能是东亚夏季风出现异常的主要原因之一，并使得降水带呈南移趋势。

　　硫酸盐气溶胶明显削弱到达地面的太阳福射，从而减少了该区域夏季海陆热力差异，造成东亚夏季风环流减弱，西太平洋副热带高压脊线南移，季风雨带向南偏移。

　　二、对酸雨的影响

　　大气颗粒物通过干湿沉降可对生态系统产生广泛而重要的环境影响，我国大气湿沉降的时空分布特点反映了大气颗粒物及其气态前体物对降水的化学组成和酸性的影响。

　　SO42-与NO3-颗粒物是最重要的致酸物种。

　　通常认为，导致降水pH<5.6的酸性物质主要是人类排放的硫氧化物和氮氧化物，它们在大气中经过各种氧化反应生成了硫酸和硝酸。

　　20世纪80年代末，在庐山开展的降水化学垂直分布观测表明，气溶胶对大气降水中SO42-的贡献高达91%。

　　有学者基于中国气象局78个酸雨站进行的降水化学研究发现，我国酸雨中SO42-/NO3-的比值全国平均值为6左右，表明我国降水基本上属于硫酸型；在南方高硫煤地区由于SO2和硫酸盐颗粒物含量高，SO42-/NO3-的比值可大于10；在大城市周围由于汽车排放的NOx增加，SO42-/NO3-的比值可小于4；降水中NH4+/Ca2+比M南方一般大于1，北方则小于1。

我国酸雨呈现南强北弱的特点

　　铵盐和矿物组分中的CaCO3和MgCO3是颗粒物中的主要碱性组分，可中和颗粒物和干湿沉降的酸度。

　　亚洲沙尘中富含这些碱性矿物颗粒，其长距高传输是我国北方及东北亚地区的降水pH增加0.5~2.0，从而显著降任酸沉降对这些地区的影响。

　　我国一些北方地区环境大气中SO2浓度较南方地区高，但南方地区出现大面积酸雨而北方地区较少发生酸雨，土壤性质的差异是其中的重要原因。

　　我国北方土壤的碱性物质含量高，TSP中的碱性物质浓度也高于酸性物质，因而对酸性降水具有较大的中和缓冲能力；相反，南方大气颗粒物中碱性物质浓度低，其缓冲能力弱于北方。

　　三、对气候变化的影响

　　有学者曾预测，若全球大气气溶胶的本底浓度增加4倍，将导致地表平均温度降低3.5℃。

　　之后，全球性的普遍增暖现象使气溶胶对气候的降温效应被淡化。

　　1991 年，菲律宾皮纳土博火山喷发，大量的尘埃和硫酸盐气溶胶进入平流层，并在其长达1~2年的寿命期内逐渐均匀分布，而次年全球平均气温下降了0.5℃。

　　1991年海湾战争爆发后，科威特油井的数百万桶原油被焚烧，所产生的烟雾遮天蔽日持续数月，由于大范围的气溶胶阳伞效应，致使科威特周边地区温度明显降低。

　　由此，气溶胶对气候的影响重新获得关注，并作为影响气候变化一个重要因子日益引起了科学界的普遍重视。

美国宇航局这一新的数据集结合了来自全球各地的实测数据以及利用气候模型开展模拟得到的预测数据

　　对气候变化的影响机制复杂， 尚难以准确街量

　　PM2.5对气候变化的影响分为直接效应和间接效应。

　　一方面，颗粒物通过吸收和散射大阳辐射以及吸收和释放地表的红外辐射而直接影响气候；另一方面，颗粒物作为云凝结核而改变云的微物理、光学特性以及降水效率， 从而间接影响气候。

　　气溶胶的间接气候效应包括：以微物理作用影响云滴数密度、云滴粒径的第一间接效应（云反照率效应），影响云层厚度及其生命周期的第二间接效应（云生命周期效应），此外还有半直接效应。

　　后者的机制表现为对流层气溶胶吸收投波辐射导致对流层增温，进而改变对流层相对湿度及其稳定性，最终影响云的形成及其生命周期。

　　此外，气溶胶可以改变反应性温室气体的多相化学反应；通过沉降为海洋生物提供营养物，影响其初级生产力，并进而影响CO2和二甲基硫等辐射活性气体的释放，影响海洋生物泵过程，引起海洋和全球碳循环的变化，导致极为重要的生态环境和气候效应。

　　根据IPCC第四次评估报告（2007年），估计气溶胶的直接效应为-0.5W/m2，其科学认知程度为中-低；气溶胶通过与云的作用所导致的间接效应为-0.7W/m2，其科学认知程度为低。

　　与第四次评估报告相比，IPCC（2013年）第五次评估报告的气溶胶强迫的绝对值在减小。

　　全球气溶胶气候效应估算存在着较大的不确定性，这种不确定性远大于估算值本身。

　　事实上，气溶胶、云和降雨的交互作用及反馈效应的不确定性是气候敏感度不确定性高和预测的21世纪全球平均地表温度升高范围大（1~6℃）的原因。

　　与温室气体相比，气溶胶气候效应的影响因素要复杂得多且尚未很好量化，迄今对其辐射强迫尤其是间接气候效应的科学认知水平仍较低。

　　这主要由于所涉及的气溶胶物理化学性质的复杂性以及相关的观测历史较短，至今尚缺少全球范围的气溶胶分布数据；另一方面是由于对气溶胶的排放、成核和生长的机理，以及气溶胶与云作用的物理化学过程等了解有限。

　　本文节选于《大气细颗粒物污染》，由中国环境科学学会编著。