2019年頂級(jí)期刊中國作者文獻(xiàn)選編

■ 郭明佳 編譯；張萌 譯校

引言

檢索了2019 年發(fā)表在《自然》《自然-地球科學(xué)》《科學(xué)》和《美國國家科學(xué)院院刊》中大氣科學(xué)領(lǐng)域的相關(guān)論文，其中《自然》系列雜志檢索領(lǐng)域?yàn)镃limate sciences；《科學(xué)》檢索領(lǐng)域?yàn)锳tmospheric science；《美國國家科學(xué)院院刊》檢索領(lǐng)域?yàn)镋arth，Atmospheric and Planetary Sciences，并人工篩選與大氣科學(xué)密切相關(guān)的文章。得到有中國作者（含中國大陸及港澳地區(qū)，不包含臺(tái)灣地區(qū)）參與的論文共計(jì)31 篇，其中第一作者文章13 篇。

現(xiàn)有能源設(shè)施的排放將危及1.5 ℃的氣候目標(biāo)《自然》2019 年7 月1 日

加州大學(xué)/清華大學(xué)地球系統(tǒng)科學(xué)系的Tong Dan 等利用已存在的化石燃料能源基礎(chǔ)設(shè)施的2018 年的詳細(xì)數(shù)據(jù)集來評估已承諾的CO2排放的區(qū)域和行業(yè)分布。其估計(jì)，如果現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施按歷史平均服役壽命和設(shè)備投運(yùn)率運(yùn)行，在未來將產(chǎn)生的CO2排放約為658 Gt。預(yù)計(jì)其中過半的排放量將源于電力行業(yè)；擬建設(shè)的發(fā)電廠如果建成以后，將額外排放CO2約188 Gt。如果將平均升溫限制在1.5 ℃，則現(xiàn)有和擬建設(shè)的能源基礎(chǔ)設(shè)施的承諾排放量（約846 Gt CO2）將超過剩余碳排放空間，其概率為66%～50%（420 ～580 Gt CO2）；如果將平均升溫限制在2 ℃，則承諾排放約為剩余碳排放空間的2/3（1170 ～1500 Gt CO2）。

評論：為使全球平均氣溫穩(wěn)定在國際努力的目標(biāo)水平，CO2人為凈排放量到本世紀(jì)中葉應(yīng)接近0。然而化石燃料能源基礎(chǔ)設(shè)施的進(jìn)一步擴(kuò)張意味著未來CO2的排放量已經(jīng)被“預(yù)支”了。

論文信息：https://doi.org/10.1038/s41586-019-1379-9

恢復(fù)中國水環(huán)境質(zhì)量需全面加強(qiáng)氮循環(huán)管理《自然》2019 年2 月28 日

清華大學(xué)地球系統(tǒng)科學(xué)系Yu Chaoqing 等結(jié)合水質(zhì)觀測與模擬的農(nóng)業(yè)和其他來源的氮排放來評估1955—2014年中國水體氮排放的空間分布。其發(fā)現(xiàn)中國絕大多數(shù)省份的氮排放在20 世紀(jì)80 年代中期超過了臨界地表水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)（每升水含1.0 mg 氮），而當(dāng)前人類活動(dòng)向淡水排放的氮（每年1450±310 萬t氮）約為預(yù)估氮排放“安全”閾值（每年520±70 萬t 氮）的2.7 倍。當(dāng)前通過污水處理和改善農(nóng)田氮肥管理來減少污染等措施可改善部分現(xiàn)狀。

評論：中國消耗了世界上近1/3 的氮肥。肥料的過度施用，以及畜牧業(yè)、家庭生活和工業(yè)中增加的氮排放導(dǎo)致了大范圍的水污染。量化非均勻環(huán)境中氮的“閾值”對有效管理當(dāng)?shù)厮|(zhì)來說至關(guān)重要。

論文信息：https://doi.org/10.1038/s41586-019-1001-1

三種形成機(jī)制對大氣中的硫酸鹽進(jìn)行有效控制《自然-地球科學(xué)》2019 年11月18日

評論：大氣中硫酸鹽（）的形成與SO2相關(guān)，涉及一些關(guān)鍵的氧化路徑，其中氮氧化物或NOx（NO 和NO2）扮演著重要角色。

論文信息：https://doi.org/10.1038/s41561-019-0485-5

改善中國臭氧和微粒空氣質(zhì)量的策略《自然-地球科學(xué)》2019 年10月14日

2013—2017 年中國PM2.5濃度下降了30%～40%。然而，在此期間地表臭氧污染加劇了。南京信息工程大學(xué)/哈佛大學(xué)的Li Ke 等指出，模型模擬表明臭氧的增加可能是由PM2.5的減少引起的。他們通過2013—2018 年夏季華北平原106個(gè)測站每小時(shí)臭氧和PM2.5濃度數(shù)據(jù)提供了觀測證據(jù)。觀測結(jié)果顯示，PM2.5濃度較高時(shí)，臭氧污染會(huì)受到抑制，這與模型模擬結(jié)果一致。相比較在無PM2.5的環(huán)境，PM2.5清除HO2和NOx可使臭氧濃度降低25 ppb。

評論：《2018—2020 年清潔空氣行動(dòng)計(jì)劃》要求減少10%的揮發(fā)性有機(jī)化合物排放，這應(yīng)該會(huì)開始扭轉(zhuǎn)臭氧的長期增長。

論文信息：https://doi.org/10.1038/s41561-019-0464-x

CO2 施肥增強(qiáng)土地碳匯的野外試驗(yàn)制約因素《自然-地球科學(xué)》2019 年9月2日

中科院青藏高原研究所Liu Yongwen等運(yùn)用12 個(gè)陸地生態(tài)系統(tǒng)模型以及7 次CO2施肥試驗(yàn)數(shù)據(jù)約束了過去50 年北半球溫帶陸地碳匯對eCO2的敏感性。約束使用了探索式的查找，即北半球溫帶碳匯對eCO2的敏感性與站點(diǎn)-尺度敏感性呈線性相關(guān)。新出現(xiàn)的制約數(shù)據(jù)的eCO2敏感性為0.64 ± 0.28 PgC·a-1每100 ppm的eCO2。全球范圍內(nèi)，按上述北半球溫帶敏感性推算，每增加100 ppm CO2，全球陸地碳匯增加（3.5±1.9）PgC·a-1。

評論：自20 世紀(jì)60 年代以來，觀測到的全球陸地碳匯增加中的大部分都由CO2施肥貢獻(xiàn)。未來還需要進(jìn)行更多的CO2施肥試驗(yàn)，尤其在北方、北極和熱帶生態(tài)系統(tǒng)，以進(jìn)一步解釋相關(guān)過程。

論文信息：https://doi.org/10.1038/s41561-019-0436-1

過去十年中國大氣氮沉降趨于穩(wěn)定《自然-地球科學(xué)》2019 年4月22日

中科院地理科學(xué)與自然資源研究所Yu Guirui 等運(yùn)用大量有關(guān)干的和濕的氮沉降的數(shù)據(jù)集評估1980—2015 年中國氮沉降的時(shí)空變化及其主要成分變化。氮沉降呈現(xiàn)出三個(gè)重要的轉(zhuǎn)變。首先，2001—2005 年氮沉降總量已經(jīng)趨于穩(wěn)定主要是由于濕NH4+沉降的減少。之后，隨著干沉降增加，2011—2015 年出現(xiàn)了濕沉降與干沉降近似相等的變化。最后，由于NO3-沉降增加，沉降中減少氮成分的貢獻(xiàn)率降低。

評論：這些轉(zhuǎn)變是由中國社會(huì)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的變化和對氮污染的有效控制共同推動(dòng)的。其挑戰(zhàn)了中國氮沉降持續(xù)增加的傳統(tǒng)觀點(diǎn)。

論文信息：https://doi.org/10.1038/s41561-019-0352-4

大氧化事件中硫化物風(fēng)化作用維持了甲烷生成《自然-地球科學(xué)》2019 年3月4日

中國地質(zhì)大學(xué)Wang Shuijiong 等通過對中太古代和古元古代冰川沉積物進(jìn)行鎳穩(wěn)定同位素分析，記錄了控制海洋鎳通量的風(fēng)化作用的變化，而鎳是前寒武紀(jì)海洋中產(chǎn)生甲烷的微生物必需的微量元素。盡管隨著大陸地殼中鎳含量的減少，流入海洋的鎳通量急劇下降，但隨著硫化物風(fēng)化作用的開始，向海洋輸送了少量、但至關(guān)重要的鎳通量，維持了充足的甲烷產(chǎn)量，以防止永久性冰室的形成，同時(shí)使氧氣上升。

評論：過多的甲烷會(huì)抑制氧氣的持續(xù)上升，但過少的甲烷會(huì)使地球陷入嚴(yán)峻而漫長的冰河時(shí)代。

論文信息：https://doi.org/10.1038/s41561-019-0320-z

泛熱帶氣候相互作用《科學(xué)》2019 年3 月1 日

中國海洋大學(xué)和青島海洋科學(xué)與技術(shù)國家實(shí)驗(yàn)室Cai Wenju 等指出，近期研究表明，始于20 世紀(jì)90 年代末的大西洋年代際變暖已經(jīng)影響了印度洋-太平洋地區(qū)氣候、ENSO 循環(huán)特征以及全球地表變暖的中斷。這種泛熱帶氣候相互作用的發(fā)現(xiàn)為改進(jìn)對當(dāng)前氣候變率的預(yù)測和在不同的人為強(qiáng)迫情景下對未來氣候的預(yù)測提供了途徑。

評論：ENSO 可以通過擾動(dòng)全球大氣環(huán)流來強(qiáng)迫熱帶大西洋和印度洋的氣候變率。而熱帶大西洋和印度洋是如何影響太平洋的還不太為人所知。

論文信息：https://doi.org/10.1126/science.aav4236

海洋變暖有多快？《科學(xué)》2019 年1 月11 日

中科院大氣物理研究所Cheng Lijing等指出，近期基于觀測的估計(jì)顯示，在過去幾十年里，地球海洋迅速變暖。變暖導(dǎo)致降雨強(qiáng)度增加、海平面上升、珊瑚礁被破壞、海洋中氧含量下降，以及極地冰川、冰河、冰蓋下降。近期觀測到的變暖估量與模式預(yù)估的一致，表明模式能可靠地預(yù)測海洋熱含量的變化。

評論：大約93%的能量不平衡是隨著海洋熱含量的增加而在海洋中積累的。這種不平衡的海洋記錄受內(nèi)部變化的影響要小得多，因此比地表溫度記錄更適合于探測和確定人類的影響。

論文信息：https://doi.org/10.1126/science.aav7619

厄爾尼諾現(xiàn)象的歷史變遷揭示了極端厄爾尼諾現(xiàn)象的未來變化《美國國家科學(xué)院院刊》2019 年11 月5 日

夏威夷大學(xué)/南京信息工程大學(xué)Bin Wang 等發(fā)現(xiàn)自20 世紀(jì)70 年代以來，厄爾尼諾的發(fā)生機(jī)制由東太平洋型向西太平洋型轉(zhuǎn)變，且極端事件的發(fā)生頻率更高。據(jù)推測，這種機(jī)制變化是由西太平洋的背景變暖以及赤道中太平洋相應(yīng)緯向和垂直海表溫度梯度的增加而引起的。

評論：如果當(dāng)前觀測到的背景變化未來在人為強(qiáng)迫下繼續(xù)發(fā)展，更加頻繁的極端厄爾尼諾事件將產(chǎn)生深遠(yuǎn)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)后果。

論文信息：https://doi.org/10.1073/pnas.1911130116

過去2700 年印度洋-太平洋地區(qū)降水量變化《美國國家科學(xué)院院刊》2019 年8 月27 日

中科院地球環(huán)境研究所Tan Liangcheng 等重建了一個(gè)基于石筍復(fù)制品的2700 年長的、中北部印度洋-太平洋地區(qū)強(qiáng)對流連續(xù)降水記錄。記錄顯示，過去2700 年里，該地區(qū)的降水量減少，與其他來自北部熱帶地區(qū)的記錄相似。在20世紀(jì)（現(xiàn)代暖期）和中世紀(jì)暖期期間，印度洋-太平洋地區(qū)的中北部和中南部都發(fā)生了百年至十年尺度的干旱氣候事件，類似于厄爾尼諾現(xiàn)象的增強(qiáng)。

評論：自20 世紀(jì)以來，北部熱帶地區(qū)的干旱趨勢與過去溫暖時(shí)期觀測到的相似，這表明降雨可能的人為強(qiáng)迫仍然與自然變化難以區(qū)分。

論文信息：https://doi.org/10.1073/pnas.1903167116

氣候變化對中國未來空氣質(zhì)量和人類健康的影響《美國國家科學(xué)院院刊》2019 年8月27 日

清華大學(xué)地球系統(tǒng)科學(xué)系Hong Chaopeng 等發(fā)現(xiàn)，假設(shè)污染排放和人口保持在當(dāng)前水平不變，到21 世紀(jì)中葉，氣候變化將對中國超過85%的人口（約55%的土地面積）的未來空氣質(zhì)量產(chǎn)生不利影響，細(xì)顆粒物（PM2.5）和臭氧的人口加權(quán)平均濃度將分別增加3%和4%。

評論：未來的氣候變化可能會(huì)通過增加有利于空氣污染的天氣條件的頻率和持續(xù)時(shí)間，從而加劇對人類健康的影響。

論文信息：https://doi.org/10.1073/pnas.1812881116

華北重度霾：人為排放與大氣過程的協(xié)同作用《美國國家科學(xué)院院刊》2019 年4月30 日

中科院地球環(huán)境研究所An Zhisheng等綜述了近年來中國北方地區(qū)重度霾形成的基本機(jī)制的研究進(jìn)展，重點(diǎn)關(guān)注排放源、化學(xué)形成與轉(zhuǎn)化、氣象和氣候條件。特別強(qiáng)調(diào)了人為排放與大氣過程之間相互作用的協(xié)同效應(yīng)。并討論了當(dāng)前的挑戰(zhàn)和未來的研究方向，以提高對重度霾污染的認(rèn)識(shí)，以及在科學(xué)的基礎(chǔ)上合理監(jiān)管的影響。

評論：為了闡明霾污染的原因、機(jī)制和趨勢，有必要加強(qiáng)對排放源、霾演變過程中的物理/化學(xué)過程及其與氣象/氣候變化相互作用的理解。

論文信息：https://doi.org/10.1073/pnas.1900125116