陽傘效應

陽傘效應（Unbrella effect）指由大氣污染物對太陽輻射的削弱作用而引起的地面冷卻效應。有自然原因和人為原因。前者如火山噴出大量塵埃和海水浪花飛濺將各種鹽分帶入大氣中；後者如工業、交通運輸和生活中燃燒化石燃料排放的煙塵。此外，農業生產和植被破壞等，產生許多灰塵由地面進入大氣環境，使懸浮在大氣中的顆粒物大大增加。這些氣溶膠粒子會吸收和反射太陽輻射，減少紫外線通過，使到達地面的太陽輻射大大減弱，導致地面溫度降低。大氣中氣溶膠粒子增加，增多了凝結核，使雲量、降水量、霧的頻率增多，對地表亦起冷卻作用。由於這種作用宛如陽傘遮擋太陽輻射而使地面溫度降低，故取此名。、

相關解釋

火山活動對氣候的影響表現為：火山噴發出來的火山灰，將上升至大氣較穩定層面——平流層，滯留其中很長時間並隨大氣運動飄移至很遠的地方；其所到之處就像“棉被”一樣阻擋部分太陽輻射到達地面，科學界稱其為“陽傘效應”。

因為火山爆發時把巨量的火山煙塵排放到了地球高層大氣中，這種最終分佈到全球的火山煙塵能把大量的陽光熱量反射回太空，從而使地球氣溫降低。例如1991年菲律賓皮奈圖博火山大爆發，就曾使20世紀八九十年代強勁的全球變暖趨勢得到暫時的遏制。火山煙塵這種使地球大氣的降溫作用好像是給地球撐了一把陽傘，因此得名“陽傘效應”。

由於人類活動造成的荒漠化和沙塵暴，以及工業生產和戰爭爆炸排放的煙塵粒子同樣具有強烈的陽傘效應。根據聯合國政府間氣候變化委員會的評估報告，包括人類活動在內造成的地球大氣中的煙塵粒子等所產生的陽傘效應，其降溫值相當於全球大氣溫室效應升溫值的20%。換句話說，如果沒有煙塵粒子的陽傘效應，人類活動造成的全球變暖幅度將更大。

正當大多數人為“溫室效應”而憂慮的時候，一些人關注到一個與“溫室效應”相反的事實人類的生產生活、戰爭、森林草原火災、火山爆發等人文與自然的活動，向大氣排入大量的煙塵，這些瀰漫於大氣中的煙塵能散射太陽輻射，削弱到達地面的太陽輻射，

這種作用猶如地球的一把“遮陽傘”，被稱為陽傘效應。陽傘效應的產生使地面接受太陽輻射能減少，且陰、霧天氣增多，影響城市交通等。據聯合國政府間氣候變化委員會的評估報告，包括人類活動在內造成的地球大氣中的煙塵粒子的陽傘效應，其降溫值相當於全球溫室效應升溫值的20%。溫室效應使全球變暖，而陽傘效應卻使全球變冷，只不過變冷程度遠不如變暖罷了。

各種現象

“陽傘效應”體現了氣溶膠氣候效應的一個方面。整個大氣是一個氣溶膠系統，但直至六十年代，氣溶膠的研究工作的焦點是其物理和化學特徵的研究。七十年代，氣溶膠的氣候效應完全在理論上被提出來。到目前為止，氣溶膠氣候效應估算取得了一定進展。研究表明，由人類活動產生的氣溶膠對引起的硫酸鹽氣溶膠產生的直接輻射強迫為－0.3～－0.9W/m2，間接輻射強迫約為0～－1.6W/m2（IPCC，1994，

1995）。這種強迫相當於溫室氣體產生的強迫2.3W/m2（IPCC，1994）的三分之一，在這些情況下兩者大小几乎相當。這意味著氣溶膠可以在一定程度上減弱甚至抵消溫室氣體的溫室效應。氣候的異常和極端變化給人類生活造成了巨大的損害，成為全球關注的焦點問題。但是，在世界絕大數地方的氣候都在變暖的同時，我國和鄰近國家如印度的氣候卻出現了特殊的變化。如近幾十年來，中國長江中下游一帶的平均氣溫不是增高，而是略有下降，我國的夏季出現了越來越嚴重的南澇北旱的趨勢，多少年來世界各地的科學家一直在尋求我國氣候異常變化的原因。來自國家自然科學基金委的大氣物理學家羅雲峰博士和其三位美國同事的工作對我國的氣候變化提出了一個新的解釋。他們的研究推測，人類活動排放的污染物碳黑氣溶膠可能是我國和周邊國家氣候異常變化的因素之一，他們的研究結果發表在新一期出版的《科學》雜誌上。

在正常的情況下，太陽光通過短波輻射穿過大氣層給地球升溫，同時地球在吸收太陽短波輻射的同時，自身又向外空發射紅外長波輻射穿過大氣層，因此，在無其它干擾的情況下，地-氣系統之間就形成了一種能量的平衡。地球的平均溫度保持了相對的穩定，適宜於人類生存。但是，自工業革命以來，尤其是20世紀50年代以後，人類活動所排放的大量廢氣改變了大氣層的成分，影響了地-氣系統間的能量平衡，引起了氣候的強制性變化。當二氧化碳、甲烷和臭氧等氣體堆集在大氣層里時，這些氣體會部分吸收地球向外空發射的紅外長波輻射，讓熱量不能散發出去。就像一個塑料大棚蓋在地球的表面，使地球表面溫度升高，形成了所謂的“溫室效應”。因此，二氧化碳、甲烷等氣體也被稱為“溫室氣體”。與此同時，大氣層中還在另外一種人類活動排放的物質――氣溶膠，它是懸浮在空氣中的小顆粒，主要由硫酸鹽，硝酸鹽，含碳顆粒，海鹽和礦物塵埃構成，科學家認為它的作用與溫室氣體剛好相反。大氣層中氣溶膠能反射太陽光，減少了射向地球的太陽短波輻射能量，就像在地球上樹了一把陽傘，降低了地球表面的溫度，因此，被稱之為“陽傘效應”，氣溶膠對氣候有冷卻作用，可局部抵消溫室效應。

氣溶膠對氣候的影響與二氧化碳等溫室氣體不同。二氧化碳在大氣層中的分佈均勻，壽命長，晝夜作用一樣，而氣溶在大氣中的壽命短，有很強的地域特色，時空分佈很不均勻，且晝夜作用不一樣。因此，氣溶膠對氣候變化的影響遠較溫室氣體複雜。但是，由於人們缺乏對氣溶膠的觀察數據，氣溶膠對氣候變化的具體影響一直是一個謎。在大氣物理學家周秀驥院士，呂達仁研究員和李維亮研究員等的指導下，羅雲峰在前人研究的基礎上，首創了一種利用多年氣象觀測資料推算氣溶膠數量的方法，並在國際上首次完整地分析了我國近30年來大氣氣溶膠的時空分佈。在此基礎上，羅雲峰應邀和美國國家航空航天局的三位科學家合作，利用美國先進的氣候數值模式，模擬研究了氣溶膠對氣候的影響。他們的研究結果顯示，大氣中的氣溶膠對氣候有重要的影響，而在各種大氣氣溶膠中，有一類被稱之為碳黑的氣溶膠對氣候的作用非常特殊。它不是反射太陽光，而是吸收太陽光，使地面氣溫降低，但加熱了周邊的空氣，影響了大氣層的運動，導致降雨量和氣候的非正常變化，他們的氣候模式模擬研究結果與我國區域氣候變化的實際情況相吻合。他們得出的結論認為吸收性氣溶膠能影響區域氣候變化，由此推測近幾十年中國夏季降雨量出現南方雨水增多，北方乾旱化加重，可能與地區性碳黑氣溶膠的增多有關。他們的研究還推測印度碳黑氣溶膠的增長也與印度北方日益嚴重的乾旱有關。碳黑類氣溶膠主要是生物質燃料，煤等不完全燃燒的產物，在中國和印度，因為室內生物質燃料和煤的低溫燃燒，所以碳黑氣溶膠比較多。這一研究結果從新的角度提出了中國氣候變化的可能原因，將人類活動與氣候的強制性變化聯繫起來。

中國北方地區最近幾年屢遭日益嚴重的沙塵暴襲擊，人們普遍接受的觀點是過度農耕，放牧和毀林是主要的因素。中國政府正考慮在未來幾十年裡投資數千億元人民幣增加森林面積和綠化帶，這當然是利國利民的好事。但是，如果新的研究證實碳黑氣溶膠的影響，那麼採取相關措施減少這些人類活動產生的空氣污染物的排放，也將有助於降低中國夏季南方洪水，北方乾旱和沙塵暴頻發的現狀。羅雲峰說，這一研究結果僅僅是在不少假設條件下數值模擬研究得到的，如果更進一步的研究證實碳黑氣溶膠對區域性氣候變化的影響，那麼的確有理由減少這類人類活動產生的空氣污染物。因為碳黑氣溶膠不僅讓氣候變暖，也是一類對環境和人體健康有害的污染物。但由於國際上認為我國大氣氣溶膠中碳黑氣溶膠到底佔多少尚不清楚，他們所使用的氣候數值模式本身也有許多不完善之處，因此，這一研究結果還需要有更多，更深入的研究來證實或認識碳黑氣溶膠對氣候和健康的複雜影響。對空氣污染導致氣候強制性變化的新解釋也將會對我國和國際間的環境政策產生影響。從二十世紀八十年代開始，全球氣候變暖引起各國政府的關注，大家普遍認為二氧化碳等溫室氣體是罪魁禍首，因此產生了以減排二氧化碳為主的政府間《京都議定書》。但是，美國至今拒簽《京都議定書》，美國政府所積極尋求的就是要通過減少其它污染物來替代減排二氧化碳溫室氣體，因為這樣它們所付出的經濟代價更低，但由於中國碳黑類氣溶膠的排放量較大，這將會使我國處於比較被動的局面。羅雲峰認為，事實上，我國對於碳黑氣溶膠含量缺乏觀測數據，對非二氧化碳溫室氣體對環境和氣候的科學認識還遠遠不夠，對涉及污染物對區域和全球影響的研究更弱，這幾個重要領域的交叉，綜合研究更談不上，研究資源分散，研究基礎條件落後。為了加強我國在國際主流氣候科學界的影響，爭取在國際環境外交領域談判的主動權，應該儘快加強我國對大氣污染物，大氣環境與氣候變化和人體健康等領域的研究，為我國政府制定環境，氣候政策提供充分的科學依據。

世界上最嚴重的陽傘效應還應是大規模核戰爭造成的“核冬天”。因為核爆炸會把更巨量的沙土塵煙送進大氣層，使地球大氣變得“烏煙瘴氣”。大多數科學家都認為6500萬年前地球上恐龍的突然滅絕，就是一個直徑約10公里的小行星撞擊地球，巨量煙塵造成“核冬天”的結果。

懸浮在大氣中的氣溶膠顆粒一方面將部分太陽入射輻射反射回宇宙空間，削弱了到達地面的太陽輻射能，增加行星反照率，是地面接收的太陽能減少；另一方面某些吸濕性的粒子有作為凝結核，促使周圍水汽在它上面凝結，導致低雲、霧的增多，改變雲的光學特徵和壽命，使雲的反照率增加，同樣具有減少入射輻射，使地面和底層大氣的溫度降低的作用。“陽傘效應”在北半球表現的最為明顯，其原因在於本地區較高的工業化程度和由此產生的空氣污染。

世界上最嚴重的陽傘效應是大規模核戰爭造成的“核冬天”。因為核爆炸會把更大量的沙土塵埃送進大氣層，使地球大氣變得烏煙瘴氣。由於地面上得到的太陽熱量劇減，使地球氣溫甚至降到零下，因而被稱為“核冬天”（核冬天理論本身尚不成熟，處於研究階段）。因而，在研究全球變化這樣一個重大問題是必須考慮氣溶膠的影響。但可惜氣溶膠的氣候效應研究水平還很低，遠遠沒有達到溫室氣體對氣候影響研究的水平。氣溶膠粒子對全球氣候研究的作用，還是模糊不清的，也缺少全球範圍的大氣氣溶膠監測資料。加強對全球範圍大氣氣溶膠的監測，並加強對其氣候效應的研究，是氣溶膠科學中的一個急迫的任務。

二氧化碳增多形成溫室效應。由於工廠、交通運輸以及家庭等大量燃燒煤、石油等化工燃料，再加上濫伐森林，使大氣中的二氧化碳濃度逐年增加。二氧化碳能夠透過太陽短波輻射，使到達地表增加溫度；同時

它又能吸收地面長波輻射后使氣溫升高，再以逆輻射形式射向地面，如同溫室玻璃一樣，起保溫作用。溫室效應的產生，使全球氣溫逐漸升高，兩極冰川部分融化，全球海平面升高，危及部分島嶼和大洲沿海低地的安全。

大城市產生熱島效應。大城市中密集的人口和眾多的工廠每天產生大量的熱，使氣溫升高；同時，晚間工廠排出的大量煙尖微粒和二氧化碳，如同被子一樣阻止城市熱量的擴散，致使城市比郊區氣溫高，如同一個“熱島”矗立在農村較涼的“海洋”上。熱島效應的產生，不僅使人們工作效率降低，而且中暑人數增加，夏季高溫導致火災多發，加劇光化學煙霧的危害。

海洋石油污染形成的油膜效應。人類每年有意或無意將許多石油傾注到海洋里，一方面會沾附在海岸，破壞沿海環境；另一方面會形成油膜漂浮在海面上。油膜，特別是大面積的油膜，把海水與空氣隔開，如同塑料薄膜一樣，抑制了膜下海水的蒸發，使“污區”上空空氣乾燥；同時導致海洋潛熱轉移量減少，使海水溫度及“污區”上空大氣年、日差別變大。油膜效應的產生，使海洋失去調節作用，導致“污區”及周圍地區降水減少，“污區”及周圍地區天氣異常。