2019年頂級期刊中國作者文獻選編

■ 郭明佳 編譯；張萌 譯校

引言

檢索了2019 年發表在《自然》《自然-地球科學》《科學》和《美國國家科學院院刊》中大氣科學領域的相關論文，其中《自然》系列雜志檢索領域為Climate sciences；《科學》檢索領域為Atmospheric science；《美國國家科學院院刊》檢索領域為Earth，Atmospheric and Planetary Sciences，并人工篩選與大氣科學密切相關的文章。得到有中國作者（含中國大陸及港澳地區，不包含臺灣地區）參與的論文共計31 篇，其中第一作者文章13 篇。

現有能源設施的排放將危及1.5 ℃的氣候目標《自然》2019 年7 月1 日

加州大學/清華大學地球系統科學系的Tong Dan 等利用已存在的化石燃料能源基礎設施的2018 年的詳細數據集來評估已承諾的CO2排放的區域和行業分布。其估計，如果現有基礎設施按歷史平均服役壽命和設備投運率運行，在未來將產生的CO2排放約為658 Gt。預計其中過半的排放量將源于電力行業；擬建設的發電廠如果建成以后，將額外排放CO2約188 Gt。如果將平均升溫限制在1.5 ℃，則現有和擬建設的能源基礎設施的承諾排放量（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定在國際努力的目標水平，CO2人為凈排放量到本世紀中葉應接近0。然而化石燃料能源基礎設施的進一步擴張意味著未來CO2的排放量已經被“預支”了。

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

恢復中國水環境質量需全面加強氮循環管理《自然》2019 年2 月28 日

清華大學地球系統科學系Yu Chaoqing 等結合水質觀測與模擬的農業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。其發現中國絕大多數省份的氮排放在20 世紀80 年代中期超過了臨界地表水水質標準（每升水含1.0 mg 氮），而當前人類活動向淡水排放的氮（每年1450±310 萬t氮）約為預估氮排放“安全”閾值（每年520±70 萬t 氮）的2.7 倍。當前通過污水處理和改善農田氮肥管理來減少污染等措施可改善部分現狀。

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、家庭生活和工業中增加的氮排放導致了大范圍的水污染。量化非均勻環境中氮的“閾值”對有效管理當地水質來說至關重要。

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

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

評論：大氣中硫酸鹽（）的形成與SO2相關，涉及一些關鍵的氧化路徑，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量的策略《自然-地球科學》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/哈佛大學的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個測站每小時臭氧和PM2.5濃度數據提供了觀測證據。觀測結果顯示，PM2.5濃度較高時，臭氧污染會受到抑制，這與模型模擬結果一致。相比較在無PM2.5的環境，PM2.5清除HO2和NOx可使臭氧濃度降低25 ppb。

評論：《2018—2020 年清潔空氣行動計劃》要求減少10%的揮發性有機化合物排放，這應該會開始扭轉臭氧的長期增長。

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

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

中科院青藏高原研究所Liu Yongwen等運用12 個陸地生態系統模型以及7 次CO2施肥試驗數據約束了過去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-尺度敏感性呈線性相關。新出現的制約數據的eCO2敏感性為0.64 ± 0.28 PgC·a-1每100 ppm的eCO2。全球范圍內，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。未來還需要進行更多的CO2施肥試驗，尤其在北方、北極和熱帶生態系統，以進一步解釋相關過程。

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定《自然-地球科學》2019 年4月22日

中科院地理科學與自然資源研究所Yu Guirui 等運用大量有關干的和濕的氮沉降的數據集評估1980—2015 年中國氮沉降的時空變化及其主要成分變化。氮沉降呈現出三個重要的轉變。首先，2001—2005 年氮沉降總量已經趨于穩定主要是由于濕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率降低。

評論：這些轉變是由中國社會經濟結構的變化和對氮污染的有效控制共同推動的。其挑戰了中國氮沉降持續增加的傳統觀點。

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

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

中國地質大學Wang Shuijiong 等通過對中太古代和古元古代冰川沉積物進行鎳穩定同位素分析，記錄了控制海洋鎳通量的風化作用的變化，而鎳是前寒武紀海洋中產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，但隨著硫化物風化作用的開始，向海洋輸送了少量、但至關重要的鎳通量，維持了充足的甲烷產量，以防止永久性冰室的形成，同時使氧氣上升。

評論：過多的甲烷會抑制氧氣的持續上升，但過少的甲烷會使地球陷入嚴峻而漫長的冰河時代。

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

泛熱帶氣候相互作用《科學》2019 年3 月1 日

中國海洋大學和青島海洋科學與技術國家實驗室Cai Wenju 等指出，近期研究表明，始于20 世紀90 年代末的大西洋年代際變暖已經影響了印度洋-太平洋地區氣候、ENSO 循環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現為改進對當前氣候變率的預測和在不同的人為強迫情景下對未來氣候的預測提供了途徑。

評論：ENSO 可以通過擾動全球大氣環流來強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》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顯示，在過去幾十年里，地球海洋迅速變暖。變暖導致降雨強度增加、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估的一致，表明模式能可靠地預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

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

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

評論：如果當前觀測到的背景變化未來在人為強迫下繼續發展，更加頻繁的極端厄爾尼諾事件將產生深遠的社會經濟后果。

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

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

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

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

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

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

清華大學地球系統科學系Hong Chaopeng 等發現，假設污染排放和人口保持在當前水平不變，到21 世紀中葉，氣候變化將對中國超過85%的人口（約55%的土地面積）的未來空氣質量產生不利影響，細顆粒物（PM2.5）和臭氧的人口加權平均濃度將分別增加3%和4%。

評論：未來的氣候變化可能會通過增加有利于空氣污染的天氣條件的頻率和持續時間，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同作用《美國國家科學院院刊》2019 年4月30 日

中科院地球環境研究所An Zhisheng等綜述了近年來中國北方地區重度霾形成的基本機制的研究進展，重點關注排放源、化學形成與轉化、氣象和氣候條件。特別強調了人為排放與大氣過程之間相互作用的協同效應。并討論了當前的挑戰和未來的研究方向，以提高對重度霾污染的認識，以及在科學的基礎上合理監管的影響。

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

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