河北日報、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月被美國國家大氣研究中心（NCAR）全球大氣環(huán)流模式CAM5.4版本采用。CAM模式是當(dāng)前國際上應(yīng)用于氣候研究最好的模式之一。這離他的夢想——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)出的長波輻射，對地表起保溫作用�！痹谑废孳娍磥恚葡喈�(dāng)于地球外層的一床“被子”。“冰云和二氧化碳一樣，能夠?qū)Φ厍驓夂虍a(chǎn)生影響�！�
冰云到底是什么？史湘軍說，冰云是完全或幾乎完全由冰晶所組成的云，面積較大，能夠存留幾個小時甚至幾天。
在現(xiàn)有的理論認(rèn)識中，冰云形成機(jī)制分為兩類。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，異質(zhì)核化形成的往往只有十幾個�！笔废孳娊忉�，這意味著，從理論上說，發(fā)生同質(zhì)核化時，冰晶數(shù)濃度高，相當(dāng)于“厚被子”；發(fā)生異質(zhì)核化時，冰晶數(shù)濃度低，相當(dāng)于“薄被子”。
“冰云厚，地表長波輻射難以穿透，熱量都被阻擋在大氣層內(nèi)，對地表起保溫作用。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，是利用冰云形成過程中異質(zhì)核化與同質(zhì)核化的競爭關(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，對冰云的模擬還是一個薄弱環(huán)節(jié)。”史湘軍說。
2012年，史湘軍申請到了國家自然基金青年基金，設(shè)計氣候模式中的冰晶核化參數(shù)化方案。2014年，在美國懷俄明大學(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資料，并利用自己編寫的冰晶核化氣塊模型深入研究冰云的演化發(fā)展過程。
經(jīng)過與觀測的高云云量、冰晶數(shù)濃度等進(jìn)行對比，NCAR評估認(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℃，冰晶粒子不會融化，相對于沙塵等，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。”史湘軍未來的研究規(guī)劃，就是模擬分析人工播撒冰晶粒子對地球表面的降溫效果。
這屬于地球工程中太陽光輻射管理方案的一種。太陽光輻射管理技術(shù)因其成本低、見效快，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，這一方法會使天空變得灰暗，將給生態(tài)系統(tǒng)帶來巨大風(fēng)險。
“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、對環(huán)境影響更小，同時冰云消散快，可以解決局部降溫問題�！笔废孳娬J(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，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：“這也就是說，在冰云中播撒冰晶，對地球降溫能起到四兩撥千斤之效�！�
從理論上說，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�，“如果在國際航班飛行線路上作業(yè)，其成本幾乎為零�！�
不過他也坦言，一個工程想要實(shí)施，需要經(jīng)過嚴(yán)格的科學(xué)論證，這是個漫長的過程。他目前所做的研究，就是在太陽光輻射管理技術(shù)方面做好科技儲備，當(dāng)出現(xiàn)急劇破壞性的氣候變化如全球變暖超過2℃接近4℃時，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產(chǎn)生其他不良影響，史湘軍坦言：“靠自己的知識背景目前還無法準(zhǔn)確預(yù)測，希望這個冷門研究受到越來越多的關(guān)注，吸納其他領(lǐng)域的科學(xué)家共同研究�！�
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