国际极地年活动：POLARCAT

1、POLARCAT，国际极地年活动中国科学院资源环境科学信息中心编者按：极地气气候环境变化化迅速，特别别是近年来受受人类活动影影响，极地区区域生态环境境发生了巨大大的变化。为为了了解极地地区域气候环环境变化机制制，在20007-20008国际极地地年主题框架架下，由IGAC和和SPARCC共同主办，由由国际极地年年国际计划办办公室协办，开开展POLAARCAT研研究活动（利利用航空器、遥遥感器、地表表测量和模型型研究极地气气候、化学过过程、气溶胶胶、粉尘运输输过程）。在过去125年年中，在国际际极地年（IIPY）的框框架下已经举举办了三次活活动，这些活活动使全球的的科学家联合合起来，在极极地实施

2、集中中的科学和勘勘察计划，人人类对极地的的科学认识因因而不断得以以提高。2000720008国际极极地年将重点点开展以下主主题活动：（11）量化极地地环境的时空空变率，了解解其现状；（22）定量研究究和认识极地地环境在过去去与现在的各各种变化并改改善预测工作作；（3）通通过在各种尺尺度上开展对对比研究，了了解极区全全球的相互作作用；（4）进进行极地科学学前沿的空白白领域研究；（5）利用用极地独有的的研究优势，加加强对地球内内部、磁场、空空间科学等领领域的观测活活动；（6）对对影响环极地地区域内的人人类社会恢复复力和可持续续发展能力的的文化、历史史和社会因素素开展研究，了了解极区人类类社会对全球

3、球文化多样性性的贡献。北极高纬度地区区气候变化迅迅速。北极地地表大气温度度的平均增幅幅超过了过去去几十年全球球平均温度增增幅。汇集到到北冰洋的降降水和河水也也有所增加。然然而海冰扩张张速度却急剧剧降低。输入入淡水量的增增加已经更新新了北冰洋和和北大西洋深深层海水。如如果这种趋势势能够持续足足够长的时间间，那么目前前的热盐环流流将消失，并并将产生全球球范围的严重重后果。这将将使北极地区区成为最急需需研究气候变变化的理想区区域。然而一一些变化和全全球温室气体体的增加相关关，导致这些些变化的过程程在北极是特特有的。因此此，由IGAC和和SPARCC共同主办，由由国际极地年年国际计划办办公室协办，在在

4、2007-2008国国际极地年主主题框架下，开开展POLAARCAT研研究活动（利利用航空器、遥遥感器、地表表测量和模型型研究极地气气候、化学过过程、气溶胶胶、粉尘运输输过程）。此此研究旨在完完善对对流层层中化学物质质、气溶胶及及传输过程的的作用的理解解。1 活动总体目目标POLARCAAT的总体目目标是利用气气溶胶和痕量量气体向极地地远程运输过过程来研究北北极的气候变变化。主要包包括以下几个个方面：更好地描绘污染染物到达北极极自由对流层层和边界层的的运输路径，包包括污染气团团在极地区域域的滞留时间间。确定北极不同来来源的污染物物垂直分层和和北极气溶胶胶微粒伴生的的光学性能。研究气溶胶和污污染

5、物的传输输路径及传输输过程的季节节变化和年际际变化，并调调查未来可能能的气候变化化。了解北极污染层层直接辐射 (太阳辐射和和地表辐射) 的影响。调查气溶胶和云云的相互作用用，及其对辐辐射强迫的影影响。量化雪和冰表面面反照率变化化以及由于人人类活动和生生物质燃烧产产生的黑碳对对辐射的影响响。研究北方森林火火灾排放物对对北极对流层层化学成分和和灰尘沉降的的影响。确定由于对流作作用进入平流流层中的气溶溶胶和化合物物的归属和作作用，以及对对极地平流层层中臭氧形成成和臭氧损耗耗的作用。提高我们对北极极对流层中OO3、NOx、HOx等化学物质质的了解。调查卤素原子在在北极边界层层和自由对流流层中的作用用。

6、研究来自雪层的的NOx、OVOC、卤卤族元素等排排放物对北极极对流层的影影响。从极地轨道卫星星上观测气溶溶胶、痕量气气体和云量。科学背景由于北极地区地地处偏远，一一直认为其对对流层极其干净。然而而，在19557/58的的国际地球物物理年之前，飞飞越加拿大和和阿拉斯加北北极地区的飞飞行员发现了了一种奇怪的的霞光，这大大大降低了可可见度。这种种所谓的北极极霞光是一种种时常发生的的现象，每年年冬天和春天天都会出现。众众所周知，这这是由欧洲和和西亚地区人人类活动产生生的污染物长长距离输送导导致的。然而而，一些和北北极霞光有关关的物质沉降降严重影响着着北极地区的的生态系统，但但是北极霞光光是否对气候候变

7、化有影响响仍未定论。北北极气溶胶的的直接和间接接辐射效应与与其他地区差差别很大。由由于雪和冰具具有高的表面面反照率，即即使很微弱的的气溶胶层的的吸热都能使使地球大气系系统升温。更更甚者，在极极夜期间和春春天太阳天顶顶角大时霞光光的紫外辐射射也能加热大大气层。这种种效应需要更更进一步的研研究。另外，卫星图像像显示北极地地区也受夏季季污染物传输输的影响。当当北方地区森森林火灾盛行行时，就形成成了一种非常常强的高纬度度黑碳来源。随随着北方地区区的变暖，森森林火灾发生生的频率也在在增加。森林林火灾产生的的烟雾能覆盖盖一个大陆、几几个大陆甚至至半个地球。近近来又发现北北方森林火灾灾产生的烟雾雾能弥漫到平

8、平流层，一旦旦在平流层滞滞留的时间相相当长，就会会消耗北极平平流层中大量量的臭氧。同同时高处的烟烟雾使大气层层升温而使地地表冷却。然然而，黑碳微微粒的沉降也也大大降低了了地表冰雪的的反照率，从从而增加了地地表太阳能，使使北极地区地地表冰雪和海海冰大量融化化。然而却没没有数据证明明这种效应。模模拟研究也表表明东亚地区区排放物质的的增加也使北北极地区煤灰灰沉降增加，但但此效应需要要观察和进一一步的模拟研研究来证实。近来在北极对流流层中发现了了几种奇特的的化学现象。由由于溴的催化化作用，臭氧氧和汞可以在在极昼出现的的前期几乎瞬瞬间地完全消消失。卫星测测量也显示，在在臭氧和汞耗耗尽事件出现现之时，Br

9、rO浓度较高高。然而溴的的来源仍不清清楚，更进一一步来说，溴溴是完全存在在地表附近还还是也存在自自由对流层中中仍不清楚。另另一发现是雪雪堆中有氮氧氧化物进入北北极边界层中中。北极对流流层的低温特特征使其中的的大部分氮以以有机物的形形式存在。以以上描述的所所有现象受地地表交换过程程、垂直传输输过程、独特特的北极化学学过程和从中中纬度地区的的输出输入过过程之间耦合合作用的强烈烈影响。研究究这种耦合作作用不能只有有单个站点或或单个平台，而而正如POLLARCATT建议的，要要借助地表测测量、船舶、航航空器、宇宙飞船以及模拟研究究等多种方法法。POLARCAAT为了跟踪踪进入北极地地区不同的污污染源，

10、在一一年内不同时时间做了一系系列的航空试试验，以观察化学过过程、气溶胶胶和烟雾的辐辐射效应，并并观察主要烟烟雾区外相对对干净地区的的大气成分。此此试验将利用用稳定的分层层次的北极大大气中长期滞滞留的污染物物，来研究在在北极长期停停留的气团随随时间的变化化过程。因而而，北极地区区将作为一个个天然实验室室，来研究在在其它这样辐辐射的地区不不能研究的过过程。在海上上实施的测量量将调查在对对流层最低点点发生的一系系列过程，如如在春季发生生的对流层臭臭氧损耗事件件。除此之外外，航空和海海上试验、卫卫星遥感数据据和地表测量量等方法也将将在北极地区区得到应用。作作为POLAARCAT的的一部分，将将要实施的

11、大大范围地表测测量和陆基遥遥感测量将为为2007-2008 IPY时间间段内痕量气气体、气溶胶胶和雨水中可可溶物及雪的的季节变化过过程提供重要要的信息。长长期数据库的的综合分析将将用于更广泛泛的范围，并并且此种综合合分析在IPPY之后仍将将继续进行。航航空垂直剖面面数据，有助助于对痕量成成分和降水化化学过程地表表观察的解释释，以及冰芯芯和积雪的测测量。同样，航航空数据或者者雷达数据也也将用于验证证卫星数据。由POLARCCAT在北极极研究的一些些过程也将在在南极展开实实施。由于北北极受人类活活动和生物质质燃烧污染的的影响要更强强烈，POLLARCATT更多的研究究工作将在北北极开展。当当然，模

12、拟研研究工作也将将在南极进行行，并对两极极地区的环境境进行对比研研究。活动计划POLARCAAT将进行大大规模的航空空试验、实验验船巡航、地地面站监测、陆陆基遥感测量量、气球测量量、卫星测量量和大范围的的模型模拟活活动。为了实实现总体目标标，POLAARCAT将将密切协调这这些不同的活活动。例如，航航空和海上试试验将得到来来自气象和化化学模型预报报、卫星观测测、地表网络络和改进的臭臭氧探空仪的的支持。在一一些试验中，携携带遥感设备备的探路航空空器也将用来来引导其它探探测设备进行行污染层的现现场测量。为了重复地抽取取同一污染的的气团，航空空器测量工作作要与其他航航空器以及LLagranngian

13、气气球任务之间间密切协调、合合作。空间测量要与卫卫星网络相配配合，尤其是是Aura、Aqua、Terraa、Envissat和Calippso，对流流层成分与大大气参数的卫卫星观测的检检验具有优先先权。为了描描绘在站点观观察到的现象象的垂直特征征，在地表站站点和海上站站点以上要做做垂直剖面。POLARCAT将与其他国际极地年核心活动一起开展，如，计划在用于其它计划中的破冰船上空实施航空测量。 POLLARCATT是由下而上上的项目，对对感兴趣的组组织和人员开开放。目前PPOLARCCAT已经完完成了活动主主要内容的设设计，确定了了工作的日程程表（表1），各各项工作正在在积极的准备备中。表1 P

14、OLLARCATT主要活动时时间表（T：已经提交交建议并肯定实施的计划；P：已经提交计计划；S：有有资金资助计计划）2007200820093456789101112123456789101112123航空器Twin Ottter, 加拿大北部部TTFrench Falcoon, 北欧欧TTTTDLR Fallcon, 斯瓦尔巴特特群岛PDLR Fallcon, 基律纳（瑞瑞典城市）TTAWI Pollar 2, 基律纳or Greennl.TTGeophyssica, 基律纳or Greennl.TTAWI Do-228, 斯瓦尔巴特特群岛SBae-1466, 挪威TTTDC-8, TThu

15、le, GL; Barrow, 阿拉斯加加TTWB-57, Barroow阿拉斯加加TNOAA Twwin Ottter, N. Ammericaa PPNOAA P33, N. Am., to Grreenl.PPPPNOAA GIIV, 阿拉拉斯加PPNCAR HIIAPER, CO AlasskaPPYork Unniv. TTwin OOtter, 加拿大TTSwiss LLearjeet, 斯瓦瓦尔巴特群岛岛TTYAK-SIBBTTTTTTTT航船NOAA R.H. BrrownPPPAmundseen Iceebreakker, HHgPPPPP气球Lagranggian BBal

16、looonsTT地表站点在Andyaa进行的Liddar, AAOD,等测测量资金资助的活动动在Summitt的地表测量量资金资助的活动动在斯瓦尔巴特群群岛Zepppelin 山地进行地地表化学测量量资金资助的活动动斯瓦尔巴特群岛岛新奥尔松进进行气溶胶雷雷达测量、分分光光度计测测量、地表化化学过程等资金资助的常规规测量在斯瓦尔巴特群群岛合恩进行行降水化学过过程、气溶胶胶分光光度计计、气象站观观测等。资金资助的常规规测量Vrri SMEARR I站的气溶胶、化化学过程、痕痕量气体和生生态测量资金资助的活动动雅典娜GAW站站气溶胶、化化学过程和微微量气体测量量资金资助的活动动在Kaamannen气体、气气体交换和生生态测量 资金资助的活动动在 Abiskko进行气象象和生态测量量资金资助的活动动在费尔韦尔角对对CO2和 O2连续监测资金资助的活动动 参考文献1 Pollar Sttudy uusing Aircrraft,RRemotee