▲李占清教授和團(tuán)隊(duì)成員在分析觀測數(shù)據(jù)


　　▲李占清與參加飛機(jī)觀測的團(tuán)隊(duì)隊(duì)員


▲微波輻射儀器


　　伴隨著兩架飛機(jī)飛抵邢臺(tái)市試驗(yàn)基地上空，對大氣、氣溶膠和云等參數(shù)垂直廓線進(jìn)行盤旋觀測，北京師范大學(xué)聯(lián)合中國科學(xué)院、中國氣象局和北京大學(xué)等單位組織的 “大氣－氣溶膠—邊界層—云相互作用”地面空中綜合觀測試驗(yàn)正有條不紊地開展。
　　本次試驗(yàn)是由北京師范大學(xué)全球變化與地球系統(tǒng)科學(xué)研究院首席科學(xué)家李占清教授主持的，是科技部全球變化研究重大研究計(jì)劃項(xiàng)目“云—?dú)馊苣z氣候效應(yīng)的觀測與模擬研究”和國家自然科學(xué)基金委大氣復(fù)合污染重大研究計(jì)劃、重點(diǎn)研究項(xiàng)目“氣溶膠與邊界層相互作用及其對近地面大氣污染濃度的影響研究”的重要組成部分。
　　“這項(xiàng)研究通過觀測取得第一手?jǐn)?shù)據(jù)資料，研究了東亞季風(fēng)區(qū)氣溶膠與云、降水的相互作用。到目前為止，他們?nèi)〉玫某晒莿?chuàng)新型的。未來，我們對降水機(jī)理的認(rèn)識(shí)或?qū)闹械贸鲂碌目捶?。”中國工程院院士、世界氣象組織東亞季風(fēng)研究委員會(huì)主席丁一匯評價(jià)道。
氣溶膠是影響地球氣候的重要因素空氣污染和全球變化是全人類面臨的重大挑戰(zhàn)，也是世界各國所關(guān)注的問題。氣候的變化趨勢和環(huán)境污染關(guān)系巨大。其中，氣溶膠是空氣污染的主要成分，也是影響地球氣候系統(tǒng)的重要因素。
　　氣溶膠是懸浮在大氣中的固態(tài)和液態(tài)顆粒物的總稱，通常分為自然氣溶膠和人為氣溶膠。盡管氣溶膠在大氣中的含量相對較少，但它會(huì)通過各種機(jī)制影響環(huán)境和氣候，對溫度、氣候、降水等帶來影響。霧、煙、霾、輕霧（靄）、微塵和煙霧等，都與天然或人為排放的氣溶膠有關(guān)。因此，它不僅影響大氣環(huán)境，同時(shí)影響人類健康。
　　“我們的研究團(tuán)隊(duì)組織開展一系列大型的科學(xué)試驗(yàn)，聯(lián)合國內(nèi)外該領(lǐng)域?qū)＜?，通過分析資料和計(jì)算機(jī)數(shù)值模式，圍繞氣溶膠對地面太陽能、溫度、風(fēng)速、云、降水和極端天氣的影響等核心科學(xué)問題，對氣溶膠的各種氣候效應(yīng)進(jìn)行了系統(tǒng)、深入的研究，取得了一系列重要發(fā)現(xiàn)，發(fā)表了近百篇SCI論文，尤其是有關(guān)氣溶膠、云和降水相互作用的研究。一些發(fā)現(xiàn)在《自然》《科學(xué)》等科學(xué)刊物發(fā)表并被國內(nèi)外媒體廣泛報(bào)道?！崩钫记逭f。
　　云是連接氣溶膠與降水的橋梁，是氣候變化的最核心、最不確定的因素，也是我國氣候變化研究領(lǐng)域最薄弱的環(huán)節(jié)。
　　經(jīng)過長期的試驗(yàn)研究，李占清團(tuán)隊(duì)揭示了氣溶膠對地面太陽能、溫度、風(fēng)速、云、降水和極端天氣的影響，闡明了環(huán)境變化與氣候變化的密切聯(lián)系。
　　在溫度方面，氣溶膠作為大氣中的灰色物質(zhì)，把太陽能反射到太空，或者稀釋在大氣里面，使地面的溫度降低。大氣溫度升高后，變得比較穩(wěn)定，空氣污染就會(huì)加重，對地面溫度的影響就更加巨大。此外，研究變化一個(gè)重要問題是如何區(qū)分由于天氣系統(tǒng)變化引起的自然變化，溫室氣體和城市熱島效應(yīng)引起的增溫，和氣溶膠引起的冷卻效應(yīng)。他們提出的獨(dú)特方法，能將這些不同因素引起的溫度變化區(qū)分開來，這對氣候變化研究非常有用。
　　氣溶膠對降水的影響也比較明顯。近幾年，中國有“南澇北旱”的特征，即南方濕潤地區(qū)降水增多，而北方干旱半干旱地區(qū)降水減少。
　　“經(jīng)過我們的研究發(fā)現(xiàn)，它和污染的加重有很大的關(guān)系?！崩钫记逭f，“在北方地區(qū)，水氣含量比較少，氣溶膠增多以后，由于它是產(chǎn)生云的根本物質(zhì)，所以導(dǎo)致無法降水，云就會(huì)集聚，產(chǎn)生暴雨。小雨變少，暴雨變多，就會(huì)造成極端天氣?！崩钫记宓难芯繄F(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)極端天氣的頻發(fā)，可能與空氣質(zhì)量的變化有關(guān)。
　　他們的研究還發(fā)現(xiàn)氣溶膠還可能影響風(fēng)、雷暴、霧、霾的日變化、周變化、年變化和長期變化趨勢，而且不同類型氣溶膠影響程度也有所不同。自九十年代晚期開始，暴風(fēng)雨和干旱等極端天氣增多，在地球上超過三分之一的地區(qū)增加明顯。據(jù)統(tǒng)計(jì)，61年來邢臺(tái)市區(qū)平均風(fēng)速有明顯的年代際變化：1974年以前，邢臺(tái)市年平均風(fēng)速都在2米/秒以上；1974年以后很少超過1.8米/秒；2003年以后幾乎都在1.6米/秒以下。特別在近8年，邢臺(tái)市冬季平均風(fēng)速為1.3米/秒。
　　李占清認(rèn)為，“風(fēng)速的減小是我國霧、霾天氣增加的重要成因之一，這可能與我國的空氣污染增加有關(guān)。氣溶膠使近地面大氣穩(wěn)定度增加，增加了霧、霾產(chǎn)生的可能?！?br>綜合觀測系統(tǒng)助推氣溶膠觀測試驗(yàn)
李占清帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)自2004年開始就參與我國大氣研究項(xiàng)目。早期利用他在國外的研究資源，與國內(nèi)多家大學(xué)和科研部門一起開展合作研究。通過分析研究所取得的地面和飛機(jī)資料以及全球衛(wèi)星資料，開展了全方位的氣溶膠觀測試驗(yàn)研究。他的研究揭示了地面氣溶膠濃度對云高和云厚的顯著影響，以及由此產(chǎn)生的降水頻次和降水強(qiáng)度的變化?！俺丝茖W(xué)發(fā)現(xiàn)外，中國的年輕學(xué)者利用這次機(jī)會(huì)學(xué)習(xí)了許多新的觀測技術(shù)，比如最尖端的毫米波云雷達(dá)觀測?！崩钫记逭f。
　　國外先進(jìn)的技術(shù)設(shè)備為我國在大氣探測領(lǐng)域的研究起到了推波助瀾的作用。“2008年，美國能源部數(shù)家國家實(shí)驗(yàn)室用多年時(shí)間研制了一套先進(jìn)的設(shè)備，經(jīng)過激烈的申請過程，我們團(tuán)隊(duì)最終拿下項(xiàng)目，把愈千萬美元的先進(jìn)儀器設(shè)備和科研、工程方面的人才引進(jìn)中國。我們使用該儀器在安徽壽縣國家氣象局的氣候觀測站進(jìn)行了為期一年的觀測試驗(yàn)，第一次得到了中國云層的直接觀測垂直結(jié)構(gòu)圖?！崩钫记甯嬖V記者。該項(xiàng)目主要研究氣溶膠對能源、輻射、溫度的影響。
　　2011年，李占清研究團(tuán)隊(duì)在英國《自然·地球科學(xué)》雜志發(fā)表的文章首次揭示了云、降水和大氣氣溶膠之間的密切關(guān)系。他的研究表明，維持清潔的環(huán)境，有助于減少極端天氣現(xiàn)象的發(fā)生，特別是嚴(yán)重的旱澇災(zāi)害；天氣預(yù)報(bào)考慮進(jìn)環(huán)境因素，也可能增加其準(zhǔn)確性。該文發(fā)表后，被世界各地近五千家各類媒體以不同語言報(bào)道或轉(zhuǎn)載。
　　目前的研究項(xiàng)目在2013年正式啟動(dòng)，主要圍繞污染變化對大氣氣候的影響展開，側(cè)重對云和降水的研究。李占清研究團(tuán)隊(duì)首先在河北香河開展了大型試驗(yàn)，對氣溶膠物理、化學(xué)、成云、稀釋特性進(jìn)行了觀測，探明了不同的氣溶膠在不同的環(huán)境下對于云的形成機(jī)制的作用。第二年，山西忻州的試驗(yàn)正式開展。研究團(tuán)隊(duì)主要進(jìn)行了綜合的大氣觀測，首次用到飛機(jī)進(jìn)行綜合性觀測，獲得了氣溶膠、云垂直變化的直觀資料。
　　與以往的觀測試驗(yàn)不同，今年項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)選擇在河北邢臺(tái)進(jìn)行觀測是一個(gè)新的起點(diǎn)?！斑@是最大規(guī)模的一次觀測試驗(yàn)。我們研發(fā)、改進(jìn)和購置了一整套大氣、氣溶膠、云降水等一系列先進(jìn)的儀器設(shè)備，同時(shí)聯(lián)合中國科學(xué)院、中國氣象局等國內(nèi)外多個(gè)單位，集合各家觀測設(shè)備、觀測技術(shù)進(jìn)行試驗(yàn)，以此全面表征大氣、云、地面的狀況，幫助我們了解近地面邊境層的污染狀況，以及近地面大氣的穩(wěn)定度對云和降水產(chǎn)生的影響?！崩钫记逭f。
　　“邢臺(tái)具有有利的觀測條件，一方面，這里便于使用雙飛機(jī)對云內(nèi)外以及邊界層內(nèi)外進(jìn)行盤旋觀測，同時(shí)，這里建有探空站，可以獲得整層各種大氣參數(shù)相關(guān)信息?！崩钫记褰忉尩?，“河北省既有建在石家莊城區(qū)的觀測場地，又有在華北平原地區(qū)的實(shí)驗(yàn)基地，是一個(gè)優(yōu)勢。這里有希望建成為國內(nèi)外有影響的大氣綜合試驗(yàn)場?！?br>　　河北邢臺(tái)是污染之都，重工業(yè)基地。這里氣候多變，極端天氣頻發(fā)，其中，干旱是發(fā)生最頻繁、影響最大的氣象災(zāi)害，暴雨洪澇、大風(fēng)，冰雹、高溫、雷電、霧霾、連陰雨、干熱風(fēng)、低溫凍害、風(fēng)暴潮等氣象災(zāi)害每年均有發(fā)生。此外，華北大平原與太行山過渡帶污染堆積、水汽集聚，地形抬升，對流天氣強(qiáng)，極端降水事件明顯增多。由于地面風(fēng)速成減少趨勢，不利于污染物的水平擴(kuò)散；由于近地面層逆溫增多，不利于污染物垂直擴(kuò)散。這些特殊的環(huán)境和氣象條件是李占清選擇在邢臺(tái)開展試驗(yàn)的重要原因。他認(rèn)為“以上這些現(xiàn)象都可能與氣溶膠的增加有關(guān)”。
　　基于以上原因，李占清帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì)在國家基本氣象站—邢臺(tái)站建立了氣溶膠—云凝結(jié)核流動(dòng)實(shí)驗(yàn)室、樓頂大氣觀測平臺(tái)以及由各種主動(dòng)（激光雷達(dá)、云雷達(dá)、雨雷達(dá)、風(fēng)廓線雷達(dá)等）和被動(dòng)（太陽光度計(jì)、長短波輻射計(jì)、微博輻射計(jì)等）遙感儀器組成的大氣綜合遙感系統(tǒng)等。自四月底到六月中，開始了集大氣、氣溶膠、環(huán)境、化學(xué)、物理等方面的試驗(yàn)研究，收集各種氣溶膠、大氣、云、降水、地面通量等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。及時(shí)組織團(tuán)隊(duì)每天開會(huì)診斷分析各種觀測資料，并通過網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)和國外專家一起討論、糾正觀測可能出現(xiàn)的問題，保證試驗(yàn)的有序進(jìn)行和科學(xué)研究的效率和創(chuàng)新。
　　這些綜合觀測系統(tǒng)集合了國內(nèi)外各種先進(jìn)的探測技術(shù)，是開展氣溶膠、云物理、人工影響天氣、天氣和氣候變化研究最完整的觀測設(shè)施，具備了在中國開展前沿研究的能力。培養(yǎng)了一大批研究生和青年學(xué)者。他們不僅掌握了先進(jìn)的觀測技術(shù)和科研方法，更重要的是通過親歷大型科學(xué)試驗(yàn)，樹立了團(tuán)隊(duì)合作精神和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度。
為科學(xué)發(fā)展和環(huán)境改善貢獻(xiàn)力量氣候變化、水資源和環(huán)境等問題，已經(jīng)成為公眾最關(guān)心、與百姓生活最相關(guān)的科學(xué)問題和社會(huì)問題。李占清研究團(tuán)隊(duì)對于全球氣候與環(huán)境的系統(tǒng)研究成果，不僅對我國科技的發(fā)展有積極的推動(dòng)作用，同時(shí)為改善我國氣候環(huán)境、輔助制定環(huán)境保護(hù)、資源節(jié)約、防災(zāi)減災(zāi)相關(guān)政策來造福社會(huì)有重要價(jià)值。
　　在項(xiàng)目實(shí)施過程中，李占清研究團(tuán)隊(duì)加強(qiáng)與國際相關(guān)科研機(jī)構(gòu)的合作，重視與世界先進(jìn)水平接軌。
　　馬里蘭大學(xué)帕克分校大氣海洋科學(xué)系的教授狄克森（Dickerson）表示，與北師大以及中國其他學(xué)校合作是一個(gè)了解污染與氣象之間相互作用的絕好機(jī)會(huì)，我們可把美國的探測技術(shù)帶到中國，幫助理解（中國）污染的起源與云、降水之間的相互作用，以及可以運(yùn)用于改善美國和中國的空氣質(zhì)量的最有效方法。同時(shí)也把美國治理環(huán)境污染的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)與中國同事們分享。
　　來自德國馬普所的斯蒂芬（Stephen）談到，“我們科研小組和中國有很多的合作，我們有叫DOAS（deferentialopticalabsorptionspectroscopy）的儀器，即差分吸收光譜分析技術(shù)，小巧便宜，能夠?qū)諝馕廴具M(jìn)行有效的測量。目前在中國很多機(jī)構(gòu)都有應(yīng)用，我們也會(huì)繼續(xù)加強(qiáng)同中國的一些合作項(xiàng)目?！?br>　　該項(xiàng)目的跟蹤專家，中國科學(xué)院院士、前國際大氣與氣象協(xié)會(huì)主席吳國雄對項(xiàng)目試驗(yàn)的重要性、創(chuàng)新性以及對我國氣候變化與環(huán)境問題研究的可能貢獻(xiàn)給予高度評價(jià)。他表示：“中國在氣溶膠方面的研究起步比較晚，李占清教授能積極地把相關(guān)研究隊(duì)伍聯(lián)系起來，做聯(lián)合觀測，再做學(xué)術(shù)交流，這將大大推動(dòng)中國氣溶膠研究的發(fā)展。”
相關(guān)鏈接：人物名片李占清，“千人計(jì)劃”專家，美國科學(xué)促進(jìn)協(xié)會(huì)會(huì)士（AAAS#Fellow)、美國地球物理協(xié)會(huì)會(huì)士（AGU,Fellow）和該協(xié)會(huì)地球物理研究雜志（J.,Geophy.,Res.)編輯，國家重大科學(xué)研究計(jì)劃項(xiàng)目（973項(xiàng)目）項(xiàng)目首席科學(xué)家，中、美重大合作項(xiàng)目首席科學(xué)家。前美華大氣海洋協(xié)會(huì)主席，中國科學(xué)院海外評審咨詢專家，中國自然科學(xué)基金會(huì)海外杰出青年研究基金獲得者。1991年于加拿大McGill大學(xué)取得博士學(xué)位。1992年起任加拿大國家遙感中心研究員。2001年起任美國馬里蘭大學(xué)教授，主要研究領(lǐng)域衛(wèi)星遙感、大氣物理和氣候變化。在地球輻射平衡、云吸收、氣溶膠直接與間接氣候效應(yīng)等科學(xué)問題方面取得突破性研究成果。發(fā)表SCI文章230余篇，包括《自然》《科學(xué)》《自然·地理科學(xué)》《美國國家科學(xué)院院刊》等知名雜志。引用6000多次，H-index,43。在國際會(huì)議上做特邀報(bào)告50多次。研究發(fā)現(xiàn)被世界各地主流媒體廣泛報(bào)道近萬次。獲得過10多項(xiàng)美國、加拿大和德國科技成果獎(jiǎng)，包括由德國總統(tǒng)頒發(fā)的洪堡研究獎(jiǎng)、加拿大總理頒發(fā)的公務(wù)員最高獎(jiǎng)、美國地球物理協(xié)會(huì)Y.J.,Kaufman杰出研究與合作成就獎(jiǎng)等。2004年作為在美國工作的外裔科學(xué)家代表而刊登在《科學(xué)》封面。