热点研究 | 气候对新冠疫情期间气溶胶排放减少的快速响应
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编者按
新型冠状病毒（COVID-19）疫情期间（以下简称“疫情期间”），随着人类活动的减少，气溶胶排放也随之减少。已有研究表明，气溶胶排放减少对空气质量产生一定影响，但该排放变化是否对气候也产生了影响？本研究将聚焦气候对疫情期间气溶胶排放减少的快速响应，指出减缓全球气候变暖需要迅速采取行动。
研究背景
疫情期间，各国采取大规模疫情防控措施，人类活动大幅减少，主要大气污染物排放也随之降低，尤其是机动车污染排放。目前，已有诸多研究评估疫情期间气溶胶排放量大幅减少对区域空气质量的影响，但鲜有研究探索该排放变化对全球气候变化的影响。基于全球气溶胶—气候模型，本研究评估了疫情期间的气溶胶排放减少对全球及区域气候的影响，评估内容包括气溶胶浓度与辐射强迫的变化及其对地表温度和降水的影响。作为全球首个探索疫情期间防控措施对气候影响的研究，其结果有助于进一步了解大气污染物减排对空气质量和气候变化的影响。
研究方法
本研究利用CAM5模型模拟了气候对2020年疫情期间气溶胶排放减少的快速响应，并设置了1.9°（纬度）×2.5°（经度）的水平网格及30个垂直层。气溶胶排放量基准年为2017年。
背景知识：气候的快速响应是指快速的气候调节，该响应的发生速度远快于海洋响应。（Boucher等，2013年）
为表征疫情期间气溶胶排放的时间变化，本研究将整个疫情期间分为三个阶段：
（1）疫情封锁期（COVID-Lock）：民众在家隔离，交通出行量减少，工业企业关停，污染排放量大幅减少。
（2）复工期（Back to Work）：许多工业企业恢复生产，道路交通量逐渐增加。
（3）后疫情时期（Post-Lock）：大多数活动恢复到正常水平。
由于疫情尚未结束，不同国家的疫情传播情况和封锁要求差异较大，本研究设计了针对东亚和世界其他地区的三种不同减排情景（疫情防控速度快、中、慢），以表示2020年可能的排放路径（表1）。CTRL情景为基准排放模拟，作为参考值。
表1. 2020年气溶胶排放路径的三种情景
注：
“疫情封锁期”代表基准年（2017年）各地人为气溶胶排放量减少了一定比例
“复工期”表示人为排放恢复到100%的过渡时期
“后疫情时期”表示人为排放量100%恢复到基准年排放量
表格来源：论文支持信息文件
研究结论
01
气溶胶和辐射强迫的变化
模拟结果显示，不同减排情景下的气溶胶减排量有所不同。如图1所示，由于亚洲大部分地区气溶胶浓度基准较高，该地区硫酸盐和含碳气溶胶年平均柱负荷降幅最大，最大降幅达到2—5 mg/m2。欧洲和北美的气溶胶负荷下降了0.2—1.0 mg/m2。由于受大气顶层的气溶胶—辐射相互作用的影响，可吸附辐射气溶胶（如黑碳）减少，导致较多太阳辐射到达陆地表面，地表温度上升。
图1. 快、中、慢三种减排情景（根据疫情防控速度设计）下，气溶胶（包括硫酸盐、黒碳、一次和二次有机物质）的年平均柱负荷（mg/m2）变化情况，点状区域表示其变化的显著性（大于1σ）
02
气候对疫情期间排放减少的快速响应
图2显示了疫情期间三种减排情景下排放减少而导致的地表年均温度变化的空间分布和区域平均值。虽然，全球平均地表温度只增加了0.01—0.02 K，但在区域层面，部分地区的地表温度响应相对较强。其中，北半球陆地区域地表温度升高最为显著，30°N—50°N之间区域平均温度升高0.04—0.07 K。以快速减排情景下中国东部为例，1—3月，受区域疫情管控措施的影响，人类活动急剧减少，中国东部地区温度比往年升高0.05—0.15 K；4—6月，由于该地区逐渐复工，人类活动增多，气候异常变暖现象也随之逐渐减弱，但仍大于0.05 K；7月之后，该区域地表气温回归正常。由于大气层较低层云量减少，北极地区则出现近地表降温、对流层变暖等现象。
图2. 快、中、慢三种减排情景（根据疫情防控速度设计）下，地表年均温度变化的空间分布（左）和区域平均值（右）
注：左侧图中的点状区域表示变化的显著性（大于1σ），右侧图中黑色细线和实线分别表示区域平均值（阴影区域表示±1σ）及其10°移动平均值
此外，减排模拟显示，与气温响应不同，降水变化主要集中在20°S—20°N区域，且热带辐合带（ITCZ）明显南移，即赤道以北降水减少，以南则增加（图3），这主要归因于气溶胶负荷变化所导致的热力学条件变化，进而影响对流层降水。
图3. 快、中、慢三种减排情景（根据疫情防控速度设计）下，年平均降水量（毫米/天）变化的空间分布（左）和区域平均值（右）
注：左侧图中的点状区域表示变化的显著性（大于1σ），右侧图中黑色细线和实线分别表示区域平均值（阴影区域表示±1σ）及其10°移动平均值
本研究基于气溶胶—气候模型模拟和观测资料，评估了2020年COVID-19疫情期间气候对气溶胶排放减少的快速响应，具体表现为地表温度和降水的变化。但值得注意的是本研究存在很多不确定性，尤其是未将疫情防控导致温室气体排放减少纳入研究考虑范围。综上所述，迅速采取疫情防控措施、控制疫情传播刻不容缓；评估人类活动对全球气候变化的影响，需综合考虑气溶胶排放变化、温室气体排放变化等多方面因素。
【CCAPP秘书处根据原文整理发布】
【封面图片来源网络】
文章
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原文题目：Fast Climate Responses to Aerosol Emission Reductions During the COVID-19 Pandemic
原文作者：Yang Yang, Lili Ren, Huimin Li, Hailong Wang, Pinya Wang, Lei Chen, Xu Yue, and Hong Liao
发表期刊：Geophysical Research Letters
出版年月：September 2020
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