南极穹顶C太阳总辐射长期变化及其在潜在影响 | MDPI IJERPH

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引 言

政府间气候变化专门委员会 (IPCC) 报告指出，20 世纪全球平均变暖 0.6 ± 0.2℃，人为增加的温室气体可能是过去 50 年温度上升的原因之一。自 20 世纪 50 年代开始记录以来，南极半岛的年平均气温迅速上升。南极半岛的年平均气温总共增加了 2.8℃，使其成为南半球变暖最迅速的地区，与北极地区变暖的速度相当。然而，目前关于南极变暖的变化机制还没有形成统一认识。发生在大气中的物理和化学过程及其相互作用控制着区域气候平均态以及气候变化。因此，与气候和气候变化有关的、长期的过程研究仍然是非常必要的。太阳辐射是地球—大气系统的基本能量来源，它在大气中的传输、利用和分配，以及在地表和大气顶部的反射等都应开展全面研究。

图源 Pexels

本文旨在研究太阳总辐射在地表的强度和大气中的损失，太阳总辐射在大气顶和地表的反照率，探索和研究太阳总辐射 (包括吸收和散射损失)、气象参数 (温湿度、风等)、大气成分之间的相互关系和相互作用，从而加深对于大气—陆地系统的基本特征和变化机制、区域气候和气候变化的深入理解。

研究内容

为了研究穹顶 C 太阳辐射和气象变量的基本特征，作者使用了 2006 年 1 月 1 日至 2016 年 11 月 30 日小时的观测数据—仅考虑极昼 (9 月至 4 月) 期间。作者利用最佳大气条件下 (即清洁大气) 的测量数据，建立了太阳总辐射经验模型；应用该总辐射经验模型，计算了穹顶 C 所有天气条件下 2006 年 1 月 1 日至 2016 年 11 月 30 日期间的太阳总辐射。

在这 11 年中，太阳总辐射月平均观测值和计算值都在减少，观测到的散射辐射月均值在增加。除此之外，空气温度和相对湿度月均值也在增加。2006—2016 年期间，南极穹顶 C 总体在变暖，年平均气温上升 1.80°C；月平均气温和相对湿度表现出同步变化，气温与相对湿度之间有很强的相关性。

研究总结

本文分析了太阳总辐射 (总、吸收、散射、反射、大气中损失等) 和大气成分 (吸收、散射) 以及它们的长期变化，以全面研究南极穹顶 C 地区的大气物理与大气化学过程和气候变化。开发了一个太阳总辐射经验模型，较好地模拟了所有天气条件下的太阳总辐射。获得了 2006 年至 2016 年地面太阳总辐射及其大气中的损失，研究了它们月、年、年际变化。敏感性试验表明，太阳总辐射对散射成分的变化比对吸收成分的变化更为敏感，太阳总辐射对吸收和散射因子变化的响应是负的且非线性的。

2006—2016 年期间，计算的太阳总辐射每年都在减少，散射辐射每年在增加，这与散射因子和相对湿度每年增加有关。损失于大气的吸收和散射能量年平均呈现出上升趋势，吸收损失占总损失的绝大部分 (约 96%)，它表明吸收物质和吸收过程在南极穹顶 C 地区占据绝对主导地位。计算和卫星获得的大气顶反照率均小于地表反照率。计算和卫星反演的年反照率，在大气顶有非常小的下降，在地表有轻微上升。

11 年间，大气中吸收和散射成分在增加，损失于大气吸收和散射能量都在增加，其中部分能量用于加热大气，导致气候变暖。这是南极穹顶 C 地区气候变暖的主要原因。为了减缓南极气候变暖，未来除了控制温室气体 (如CO₂、CH₄) 排放外，还应该控制向大气排放其他各种气液固态成分、控制通过化学和光化学反应生成新成分。

通过对南极穹顶 C 的太阳总辐射及其分量、空气温度和其他关键因素的综合分析，发现地面接收以及损失于大气中的太阳辐射能量及其与气液固态成分的相互作用，控制和影响着南极的气候和气候变暖。

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原文出自 IJERPH 期刊

Bai, J.; Zong, X.; Lanconelli, C.; Lupi, A.; Driemel, A.; Vitale, V.; Li, K.; Song, T. Long-Term Variations of Global Solar Radiation and Its Potential Effects at Dome C (Antarctica). Int. J. Environ. Res. Public Health 2022, 19, 3084.

   IJERPH 期刊介绍

主编：Paul B. Tchounwou, Jackson State University, USA

期刊涵盖环境科学与工程、公共健康、环境卫健康、职业健康、健康经济和全球健康等研究领域。期刊已被 Web of Science、PubMed、Scopus 等多个数据库收录。

2021 Impact Factor	4.614
2021 CiteScore	4.5
Time to First Decision	21.4 Days

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