国际极地年活动：polarcat.doc

POLARCAT，国际极地年活动 中国科学院资源环境科学信息中心 编者按：极地气候环境变化迅速，特别是近年来受人类活动影响，极地区域生态环境发生了巨大的变化。为了了解极地区域气候环境变化机制，在2007-2008国际极地年主题框架下，由IGAC和SPARC共同主办，由国际极地年国际计划办公室协办，开展POLARCAT研究活动（利用航空器、遥感器、地表测量和模型研究极地气候、化学过程、气溶胶、粉尘运输过程）。 在过去125年中，在国际极地年（IPY）的框架下已经举办了三次活动，这些活动使全球的科学家联合起来，在极地实施集中的科学和勘察计划，人类对极地的科学认识因而不断得以提高。2007－2008国际极地年将重点开展以下主题活动：（1）量化极地环境的时空变率，了解其现状；（2）定量研究和认识极地环境在过去与现在的各种变化并改善预测工作；（3）通过在各种尺度上开展对比研究，了解极区－全球的相互作用；（4）进行极地科学前沿的空白领域研究；（5）利用极地独有的研究优势，加强对地球内部、磁场、空间科学等领域的观测活动；（6）对影响环极地区域内的人类社会恢复力和可持续发展能力的文化、历史和社会因素开展研究，了解极区人类社会对全球文化多样性的贡献。 北极高纬度地区气候变化迅速。北极地表大气温度的平均增幅超过了过去几十年全球平均温度增幅。汇集到北冰洋的降水和河水也有所增加。然而海冰扩张速度却急剧降低。输入淡水量的增加已经更新了北冰洋和北大西洋深层海水。如果这种趋势能够持续足够长的时间，那么目前的热盐环流将消失，并将产生全球范围的严重后果。这将使北极地区成为最急需研究气候变化的理想区域。然而一些变化和全球温室气体的增加相关，导致这些变化的过程在北极是特有的。因此，由IGAC和SPARC共同主办，由国际极地年国际计划办公室协办，在2007-2008国际极地年主题框架下，开展POLARCAT研究活动（利用航空器、遥感器、地表测量和模型研究极地气候、化学过程、气溶胶、粉尘运输过程）。此研究旨在完善对对流层中化学物质、气溶胶及传输过程的作用的理解。 1 活动总体目标 POLARCAT的总体目标是利用气溶胶和痕量气体向极地远程运输过程来研究北极的气候变化。主要包括以下几个方面： 更好地描绘污染物到达北极自由对流层和边界层的运输路径，包括污染气团在极地区域的滞留时间。 确定北极不同来源的污染物垂直分层和北极气溶胶微粒伴生的光学性能。 研究气溶胶和污染物的传输路径及传输过程的季节变化和年际变化，并调查未来可能的气候变化。 了解北极污染层直接辐射 (太阳辐射和地表辐射) 的影响。 调查气溶胶和云的相互作用，及其对辐射强迫的影响。 量化雪和冰表面反照率变化以及由于人类活动和生物质燃烧产生的黑碳对辐射的影响。 研究北方森林火灾排放物对北极对流层化学成分和灰尘沉降的影响。 确定由于对流作用进入平流层中的气溶胶和化合物的归属和作用，以及对极地平流层中臭氧形成和臭氧损耗的作用。 提高我们对北极对流层中O3、NOx、HOx等化学物质的了解。 调查卤素原子在北极边界层和自由对流层中的作用。 研究来自雪层的NOx、OVOC、卤族元素等排放物对北极对流层的影响。 从极地轨道卫星上观测气溶胶、痕量气体和云量。 科学背景 由于北极地区地处偏远，一直认为其对流层极其干净。然而，在1957/58的国际地球物理年之前，飞越加拿大和阿拉斯加北极地区的飞行员发现了一种奇怪的霞光，这大大降低了可见度。这种所谓的北极霞光是一种时常发生的现象，每年冬天和春天都会出现。众所周知，这是由欧洲和西亚地区人类活动产生的污染物长距离输送导致的。然而，一些和北极霞光有关的物质沉降严重影响着北极地区的生态系统，但是北极霞光是否对气候变化有影响仍未定论。北极气溶胶的直接和间接辐射效应与其他地区差别很大。由于雪和冰具有高的表面反照率，即使很微弱的气溶胶层的吸热都能使地球大气系统升温。更甚者，在极夜期间和春天太阳天顶角大时霞光的紫外辐射也能加热大气层。这种效应需要更进一步的研究。 另外，卫星图像显示北极地区也受夏季污染物传输的影响。当北方地区森林火灾盛行时，就形成了一种非常强的高纬度黑碳来源。随着北方地区的变暖，森林火灾发生的频率也在增加。森林火灾产生的烟雾能覆盖一个大陆、几个大陆甚至半个地球。近来又发现北方森林火灾产生的烟雾能弥漫到平流层，一旦在平流层滞留的时间相当长，就会消耗北极平流层中大量的臭氧。同时高处的烟雾使大气层升温而使地表冷却。然而，黑碳微粒的沉降也大大降低了地表冰雪的反照率，从而增加了地表太阳能，使北极地区地表冰雪和海冰大量融化。然而却没有数据证明这种效应。模拟研究也表明东亚地区排放物质的增加也使北极地区煤灰沉降增加，但此效应需要观察和进一步的模拟研究来证实。 近来在北极对流层中发现了几种奇特的化学现象