河北日?qǐng)?bào)、河北新聞網(wǎng)通訊員孫楠、謝盼 記者邢杰冉
河北省氣象局80后高級(jí)工程師史湘軍研究的冰云中冰晶核化參數(shù)化改進(jìn)方案，今年3月被美國(guó)國(guó)家大氣研究中心（NCAR）全球大氣環(huán)流模式CAM5.4版本采用。CAM模式是當(dāng)前國(guó)際上應(yīng)用于氣候研究最好的模式之一。這離他的夢(mèng)想——利用冰云給地球降溫，又近了一步。
冰云相當(dāng)于地球外層的一床“被子”
“冰云能夠吸收和再放射地表發(fā)出的長(zhǎng)波輻射，對(duì)地表起保溫作用。”在史湘軍看來(lái)，冰云相當(dāng)于地球外層的一床“被子”�！氨坪投趸家粯樱軌�?qū)Φ厍驓夂虍a(chǎn)生影響。”
冰云到底是什么？史湘軍說(shuō)，冰云是完全或幾乎完全由冰晶所組成的云，面積較大，能夠存留幾個(gè)小時(shí)甚至幾天。
在現(xiàn)有的理論認(rèn)識(shí)中，冰云形成機(jī)制分為兩類(lèi)。一為同質(zhì)核化，液滴凍結(jié)生成冰晶；二為異質(zhì)核化，水汽碰撞到不可溶顆粒物上，形成冰晶�！巴|(zhì)核化形成的冰晶往往每升有上千個(gè)，異質(zhì)核化形成的往往只有十幾個(gè)。”史湘軍解釋?zhuān)@意味著，從理論上說(shuō)，發(fā)生同質(zhì)核化時(shí)，冰晶數(shù)濃度高，相當(dāng)于“厚被子”；發(fā)生異質(zhì)核化時(shí)，冰晶數(shù)濃度低，相當(dāng)于“薄被子”。
“冰云厚，地表長(zhǎng)波輻射難以穿透，熱量都被阻擋在大氣層內(nèi)，對(duì)地表起保溫作用。相反冰云變薄后，輻射很容易就能穿透冰云射向太空，熱量得到釋放，溫度也隨之下降。”史湘軍的最終目的，是利用冰云形成過(guò)程中異質(zhì)核化與同質(zhì)核化的競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，加入異質(zhì)核化所需的不可溶顆粒物或碎小的冰晶，阻礙同質(zhì)核化，使其多發(fā)生異質(zhì)核化，把“厚被子”變薄，給地球降溫。
“二氧化碳對(duì)氣候的影響，科學(xué)家已經(jīng)研究得較為透徹。但在大氣環(huán)流模式中，對(duì)冰云的模擬還是一個(gè)薄弱環(huán)節(jié)�！笔废孳娬f(shuō)。
2012年，史湘軍申請(qǐng)到了國(guó)家自然基金青年基金，設(shè)計(jì)氣候模式中的冰晶核化參數(shù)化方案。2014年，在美國(guó)懷俄明大學(xué)攻讀博士后期間，在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，他分析了大量的冰云觀測(cè)資料，并利用自己編寫(xiě)的冰晶核化氣塊模型深入研究冰云的演化發(fā)展過(guò)程。
經(jīng)過(guò)與觀測(cè)的高云云量、冰晶數(shù)濃度等進(jìn)行對(duì)比，NCAR評(píng)估認(rèn)為，引入史湘軍改進(jìn)后的參數(shù)化方案，模式模擬結(jié)果較之前更為準(zhǔn)確和合理，最終將其納入CAM模式的5.4版本中。
通過(guò)播撒冰晶粒子給地球降溫
“冰云所在的高空，溫度低達(dá)-60℃，冰晶粒子不會(huì)融化，相對(duì)于沙塵等，在冰云中播撒冰晶粒子使其多發(fā)生異質(zhì)核化更為容易。”史湘軍未來(lái)的研究規(guī)劃，就是模擬分析人工播撒冰晶粒子對(duì)地球表面的降溫效果。
這屬于地球工程中太陽(yáng)光輻射管理方案的一種。太陽(yáng)光輻射管理技術(shù)因其成本低、見(jiàn)效快，受到廣泛關(guān)注。例如，向平流層播撒沙塵等不可溶顆粒物，不僅計(jì)算機(jī)模擬的降溫效率十分明顯，而且實(shí)踐也已經(jīng)證明，如火山灰在平流層擴(kuò)散達(dá)到的降溫效果。但是，這一方法會(huì)使天空變得灰暗，將給生態(tài)系統(tǒng)帶來(lái)巨大風(fēng)險(xiǎn)。
“而在冰云中加入冰晶粒子的方式，比在平流層播撒不可溶顆粒物效率更高、對(duì)環(huán)境影響更小，同時(shí)冰云消散快，可以解決局部降溫問(wèn)題。”史湘軍認(rèn)為。
史湘軍被NCAR所采用的方案，能夠初步分析人工播撒冰晶粒子的降溫效果。經(jīng)估算，在冰云中添加很少的冰晶，如每升添加幾個(gè)，其降溫效果等同于在平流層中播撒大量沙塵等氣溶膠顆粒。他說(shuō)：“這也就是說(shuō)，在冰云中播撒冰晶，對(duì)地球降溫能起到四兩撥千斤之效�！�
從理論上說(shuō)，這一做法并不難，“飛機(jī)帶上幾噸冰塊，在高空中打成非常碎的冰晶，播撒出去即可�！笔废孳姳硎�，“如果在國(guó)際航班飛行線路上作業(yè)，其成本幾乎為零�！�
不過(guò)他也坦言，一個(gè)工程想要實(shí)施，需要經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的科學(xué)論證，這是個(gè)漫長(zhǎng)的過(guò)程。他目前所做的研究，就是在太陽(yáng)光輻射管理技術(shù)方面做好科技儲(chǔ)備，當(dāng)出現(xiàn)急劇破壞性的氣候變化如全球變暖超過(guò)2℃接近4℃時(shí)，可以將利用冰云降溫作為應(yīng)急方案。
至于在冰云中播撒冰晶是否會(huì)產(chǎn)生其他不良影響，史湘軍坦言：“靠自己的知識(shí)背景目前還無(wú)法準(zhǔn)確預(yù)測(cè)，希望這個(gè)冷門(mén)研究受到越來(lái)越多的關(guān)注，吸納其他領(lǐng)域的科學(xué)家共同研究�！�
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