氣候環境

多尺度氣候變化“西風模態”形成的物理機制

蘭州大學西部環境教育部重點實驗室陳發虎院士主導的氣候環境變化研究團隊系統總結了近20年在亞洲中緯度地區所獲成果，論證了亞洲中部干旱區在現代間冰期千年—百年—年代際時間尺度上皆存在顯著不同于季風區的氣候變化“西風模態”，提出了多尺度氣候變化“西風模態”形成的物理機制。研究論文發表于Earth-Science Reviews。從大尺度環流系統的角度，亞洲大陸基本可劃分為主要受中緯度西風環流控制的“西風亞洲”和主要受季風環流控制的“季風亞洲”。通過在亞洲中部干旱區開發和集成高質量氣候環境代用記錄，整合模擬結果、觀測數據以及再分析資料，并與東部典型季風區同期氣候環境變化進行綜合對比，獲得科學發現。

百年—年代際尺度上“西風模態”形成機理示意圖（圖片來源于蘭州大學網站）

植物物種豐富度對氣候變化的響應更大程度上決定于所移栽地點的植物群落物種豐富度

中國科學院青藏高原研究所和中國科學院地球科學卓越中心汪詩平研究員課題組利用山體垂直帶雙向移栽植物群落試驗，驗證了氣候以及追蹤氣候變化的群落將共同影響植物物種豐富度對氣候變化響應的假設。研究論文發表于Journal of Ecology。該試驗在青藏高原進行了10年觀測，將不同海拔高度3個帶土移栽的植物群落進行雙向移栽，從高海拔移到低海拔為暖濕變化，從低海拔移到高海拔為冷干變化。同海拔高度移栽的群落作為對照代表了追蹤氣候變化的群落。結果表明，在接受地群落從追蹤氣候變化的物種中所獲得的物種數、而不是原群落喪失的物種數，很好地解釋了物種豐富度的變化。

氨減排降低大氣霾污染的同時加劇酸雨問題

北京大學環境科學與工程學院、環境模擬與污染控制國家重點聯合實驗室（北京大學）的地氣交換研究小組與中國氣象科學研究院、中國科學院地球環境研究所、香港科技大學和四川大學等10余家單位合作，基于多年氨通量觀測和自主研發的氨排放模型，結合三維空氣質量數值模擬，評估了中國氨排放削減潛力，重點揭示其對大氣霾（PM2.5）污染、氮沉降和酸雨的復雜的綜合效應。研究論文發表于PNAS（《美國科學院院刊》）。研究表明，中國目前高強度的氨排放主要是由粗放的農業生產模式導致的。如果提高氮肥施用效率和加強畜牧業養殖的糞尿管理，全國氨氣年排放量可下降50%。

太湖沉積物Cr遷移轉化研究進展

中國科學院南京地理與湖泊研究所丁士明研究小組在大型富營養淡水湖泊沉積物Cr遷移轉化及其機制方面取得新進展。系列研究成果發表于Environmental Science & Technology和Science of The Total Environment。鉻（Cr）作為重金屬，由于其毒性、致突變性和致癌性，引起人們的廣泛關注。由于在工業上的廣泛使用，Cr已成為自然水體、土壤、沉積物和空氣中的重要污染物。在水生態系統中，Cr主要以Cr(III)和Cr(VI)兩種氧化態存在，Cr(VI)的毒性遠遠高于Cr(III)的。隨著全球變暖和人類活動的增加，越來越多淡水湖泊富營養化并遭受藍藻水華災害。藍藻的大量繁殖可直接或間接使沉積物中Cr遷移轉化進一步復雜化。

人類活動對氣候變化的影響早于20世紀

中國科學院大氣物理研究所東亞區域氣候—環境院重點實驗室馬柱國研究團隊的段建平副研究員，聯合英國氣象局哈德萊中心武培立博士等國內外10位共同作者，從氣溫的季節性變化（夏—冬溫差）入手，利用觀測資料、樹輪等代用資料和氣候模式資料檢測了人類活動對氣溫變化影響的早期信號及開始時間。研究論文發表于Nature Sustainability。研究結果表明，人類活動對氣候變化的影響不只是發生在了近幾十年觀測資料豐富的時段，而是始于工業化早期的19世紀70年代左右，其影響也遠不只是氣溫的升高和極端氣候事件的頻發，而且“淡化”了氣溫的季節差異，使得四季越來越不分明。

氣溫季節性弱化（夏—冬溫差減小）示意圖（圖片來源于中國科學院大氣物理研究所網站）

污水再生處理反滲透膜生物污堵控制進展

清華大學環境學院胡洪營教授課題組開展了氯消毒顯著加重污水再生處理反滲透膜生物污堵的研究。研究論文發表于Water Research。RO膜（反滲透膜）的生物污堵是污水再生處理RO工藝高效、穩定運行面臨的突出難題。目前主要通過消毒預處理削減RO系統進水中的微生物量、在運行中投加非氧化性抑菌劑等手段對其進行控制。該研究發現了污水再生處理RO系統中氯消毒加重膜污堵的現象，從群落結構角度，分析了消毒預處理對生物污堵的影響，解析了機理，打破了RO系統利用氯消毒預處理控制生物污堵的傳統理念，為從微生物群落結構視角控制RO膜生物污堵奠定了基礎。

黑臭河道底泥內源修復研究進展

中國科學院南京地理與湖泊研究所尹洪斌等選取巢湖主要支流南淝河底泥作為研究對象，室內研究了底泥疏浚、原位鈍化（控氮+控磷材料）以及曝氣增氧對底泥內源的控制效果。在120天的研究中發現，3種技術對上覆水氮磷的控制存在較大差異。系列研究結果發表于Science of the Total Environment和Chemical Engineering Journal。目前，國際上通用的3種底泥內源治理方法包括：底泥疏浚、原位鈍化、原位曝氣（增氧）。3種方法均在不同情境的水環境治理中有應用，也取得了一定的效果。論文系統研究了各種方法的優勢、對底泥內源削減效果以及對沉積物微生物群落組成以及長期內源削減效應。

中國大陸人群汞攝入暴露健康風險地圖

華東師范大學地理科學學院束炯教授團隊及其合作者開展了中國大氣汞排放的跨省健康影響的研究，建立了一套描述從經濟活動到人群健康風險的汞生物地球化學循環鏈的方法，繪制了中國大陸人群汞攝入暴露的健康風險地圖，從多視角探討了各地區健康風險來源。最終發現，地區間貿易改變了中國人群的健康風險。研究論文發表于Nature Communications。汞（俗稱水銀）是常溫常壓下唯一以液態存在的金屬，常溫下即可蒸發。人類活動諸如化石燃料燃燒、有色金屬冶煉等過程均會排放汞進入大氣，大氣汞隨大氣環流進行全球傳輸，是全球性的持久有毒污染物。大氣汞也會隨降水等過程沉降到陸地和海洋生態系統，并富集到食物鏈中。