李 莉 孫雅琴

林光星

全球氣候模式是研究與預(yù)估氣溶膠氣候效應(yīng)及其反饋的重要工具。長期從事氣溶膠—地球系統(tǒng)模式的研發(fā)與應(yīng)用，中國科學(xué)院大氣物理研究所研究員林光星，不僅與國內(nèi)外著名研究單位有著良好合作基礎(chǔ)，更有著豐富的地球系統(tǒng)模式發(fā)展和應(yīng)用經(jīng)歷。2020年，他在國家明確提出“碳達(dá)峰、碳中和”雙碳目標(biāo)的背景下回國，為認(rèn)識(shí)氣溶膠對(duì)氣候的影響機(jī)制，做好預(yù)測，找到實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的有效途徑，林光星做著持續(xù)探索。

海外逐夢(mèng)

林光星坦言，與相關(guān)方向結(jié)緣完全屬于巧合。高中畢業(yè)，林光星考入北京大學(xué)，因?qū)?shù)理化感興趣，他進(jìn)入北京大學(xué)地球物理系學(xué)習(xí)。此后院系調(diào)整，林光星進(jìn)入物理學(xué)院開始學(xué)習(xí)大氣科學(xué)。從懵懂到對(duì)此感興趣，在逐漸摸索中，林光星也慢慢確認(rèn)了自己對(duì)科研的熱愛。

“面對(duì)一些問題，我總是試圖去搞清楚，我覺得科研讓人幸福的地方就在于它可以滿足我這樣的興趣愛好?！绷止庑钦f。在北京大學(xué)完成本科、碩士學(xué)業(yè)后，林光星出國深造，在美國密西根大學(xué)大氣科學(xué)方向攻讀博士學(xué)位。懷著對(duì)外面世界的好奇、抱著學(xué)習(xí)的態(tài)度，林光星在科研道路上勇攀高峰，博士畢業(yè)他先后在美國密西根大學(xué)大氣海洋與空間系、美國西北太平洋國家實(shí)驗(yàn)室大氣科學(xué)與全球變化部開展博士后研究，還作為美國西北太平洋國家實(shí)驗(yàn)室大氣科學(xué)與全球變化部的地球科學(xué)家投身一系列研究工作。其中，他參與的一個(gè)重要項(xiàng)目是改進(jìn)美國能源部的地球系統(tǒng)模式（E3S M）的多尺度模式（MMF)（也叫超級(jí)參數(shù)化，即在氣候模式的粗網(wǎng)格中嵌入云解析模式）。為降低氣候模式中氣溶膠輻射強(qiáng)迫估計(jì)和云的反饋的不確定性，利用大時(shí)間尺度觀測數(shù)據(jù)，林光星研發(fā)了多尺度氣候模式系統(tǒng)及其模式應(yīng)用，并利用完善的M M F模擬了全球云和氣溶膠的時(shí)空分布。

在項(xiàng)目攻關(guān)中，林光星分析了氣溶膠在次網(wǎng)格上的不均勻性及其與云的特性變化的關(guān)系，指出了模擬次網(wǎng)格氣溶膠和云的變化的重要性。在此基礎(chǔ)上，他在MMF的云解析模式格點(diǎn)上（4公里網(wǎng)格）加入了大氣氣溶膠過程的處理，為研究氣溶膠提供了一個(gè)全新而強(qiáng)大的工具。通過和地面、飛機(jī)和衛(wèi)星觀測資料比較，林光星發(fā)現(xiàn)此新模式能夠改進(jìn)北美、歐洲及極地地區(qū)的黑炭氣溶膠濃度模擬。除此之外，林光星還改進(jìn)了M M F中的云微物理方案，使M M F成為一個(gè)能夠更好地預(yù)測未來氣候變化下水循環(huán)、云反饋、氣溶膠氣候效應(yīng)和地球生物化學(xué)循環(huán)的強(qiáng)大工具。

參與項(xiàng)目的經(jīng)歷，讓林光星對(duì)“合作”二字有了深刻的體會(huì)。雖然觀測和模擬是同一個(gè)行業(yè)，但卻分屬不同的方向，為更好交流，需要理解對(duì)方的工作，在此過程中林光星豐富了知識(shí)面；良好的交流也讓林光星所研發(fā)的模式不斷被優(yōu)化，越來越貼近于觀測結(jié)果。

外表，林光星是一個(gè)理性、冷靜的年輕學(xué)者，但內(nèi)心他也有年輕人對(duì)冒險(xiǎn)的向往和沖動(dòng)。與做觀測的科研工作者打交道，林光星收獲了不一樣的體驗(yàn)。經(jīng)常在野外觀測的科學(xué)家經(jīng)歷會(huì)更豐富，他們會(huì)向林光星講起很多趣事及驚險(xiǎn)的經(jīng)歷。通過他們的講述，想象著坐飛機(jī)在大暴雨后穿過云層進(jìn)行觀測的畫面，林光星仿佛也經(jīng)歷了另一種人生，也讓他對(duì)于科研工作萌生了更多的靈感火花。

致力創(chuàng)新

大氣氣溶膠危害人體健康，對(duì)天氣和氣候系統(tǒng)更有著重要影響，但氣溶膠氣候效應(yīng)的研究還存在很多不足，是未來氣候預(yù)測不確定性的主要來源之一。為降低這種不確定性，林光星一直致力于研發(fā)地球系統(tǒng)模式中氣溶膠相關(guān)的模式分量，改進(jìn)對(duì)氣溶膠有關(guān)過程的處理，并應(yīng)用這些先進(jìn)的地球系統(tǒng)模式結(jié)合觀測，研究大氣氣溶膠的分布、演變和氣候效應(yīng)。

為降低氣溶膠模擬的不確定性，林光星研發(fā)了一套基于物理化學(xué)過程的顯式有機(jī)氣溶膠模式。不同于傳統(tǒng)的簡單方案，這模式可以顯式模擬大氣中發(fā)生的一系列物理化學(xué)過程，從而預(yù)測出大氣中的有機(jī)氣溶膠濃度，開創(chuàng)了模擬有機(jī)氣溶膠的新方向。目前，此模型已被多個(gè)國際研究小組用于探究氣溶膠的科學(xué)問題中，并且，林光星的研究還成為I P C C（Intergovernmental Panel on Climate Change，聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會(huì)）第五次評(píng)估報(bào)告關(guān)于氣溶膠輻射強(qiáng)迫估計(jì)的主要依據(jù)。

傳統(tǒng)氣候模式通常會(huì)忽視二次有機(jī)氣溶膠對(duì)氣候變化的影響，并且認(rèn)為二次有機(jī)氣溶膠不吸收任何太陽光。結(jié)合已有的觀測數(shù)據(jù)量化了棕碳?xì)馊苣z的氣候輻射強(qiáng)迫的結(jié)果，林光星發(fā)現(xiàn)棕碳?xì)馊苣z在大氣中和冰雪表面的輻射吸收都有不可忽略的貢獻(xiàn)（占黑炭氣溶膠輻射吸收的27%～70%）。這一新發(fā)現(xiàn)對(duì)氣候系統(tǒng)能量平衡和大氣能量垂直分布有著重要的意義。

在這些發(fā)現(xiàn)中，林光星開發(fā)的CESM-IMPACT模式大幅度提高了有機(jī)氣溶膠的模擬質(zhì)量濃度，縮小了模式與觀測之間的差距。而且此模式發(fā)現(xiàn)液態(tài)化學(xué)反應(yīng)對(duì)二次有機(jī)氣溶膠的全球平均貢獻(xiàn)可以達(dá)到30%以上。這一結(jié)果發(fā)表后得到國際學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注。《化學(xué)評(píng)論》（Chemnical Reviews）雜志的一篇綜述文章對(duì)林光星在有機(jī)氣溶膠在液態(tài)形成方面的研究做了大篇幅討論。另外一篇文章也肯定了林光星對(duì)異戊二烯環(huán)氧二醇有機(jī)氣溶膠首次模擬所作的貢獻(xiàn)。I P C C第五次評(píng)估報(bào)告也強(qiáng)調(diào)了他所做研究對(duì)二次有機(jī)氣溶膠源解析的貢獻(xiàn)。

回國筑夢(mèng)

雖然在國外求學(xué)、工作多年，但林光星一直在關(guān)注祖國的發(fā)展動(dòng)態(tài)。如何使我國從應(yīng)對(duì)氣候變化的積極參與者、努力貢獻(xiàn)者，逐步成為關(guān)鍵引領(lǐng)者，是諸多環(huán)境學(xué)者的共同關(guān)切，林光星亦是其中一分子。結(jié)合自己的科研興趣，更為了擁抱更廣闊的發(fā)展空間，林光星決定回國。中國科學(xué)院大氣物理研究所為林光星各項(xiàng)工作的開展提供了大力支持?；貒螅止庑呛芸爝m應(yīng)了國內(nèi)的科研節(jié)奏。

做模式研究對(duì)計(jì)算機(jī)資源的要求較高，中國科學(xué)院大氣物理研究所的大科學(xué)裝置“地球模擬器”為林光星提供了重要的科研平臺(tái)。林光星介紹，現(xiàn)有的觀測已經(jīng)發(fā)現(xiàn)二次氣溶膠（二次有機(jī)氣溶膠、硝酸鹽和銨鹽氣溶膠）是我國霧霾的重要組成部分，現(xiàn)有的地球系統(tǒng)模式的氣溶膠模塊仍然有許多需要改進(jìn)的地方，特別是對(duì)于二次氣溶膠的模擬還有很大偏差，因此回國發(fā)展完善中國科學(xué)院地球系統(tǒng)模式中的大氣氣溶膠物理化學(xué)過程的處理方式，打造具有中國特色、國際領(lǐng)先水平的二次氣溶膠模塊十分必要。

另外，林光星還將進(jìn)一步提升國內(nèi)地球模式對(duì)云和降水的模擬能力，利用多尺度模擬框架提升中國科學(xué)院地球系統(tǒng)模式的分辨率到公里尺度，顯式解析模擬深對(duì)流，精細(xì)模擬氣溶膠、云、降水及它們之間的相互作用。

氣候變化正在影響著地球上每一個(gè)地區(qū)，對(duì)全球糧食、水、生態(tài)、能源、基礎(chǔ)設(shè)施及民眾生命財(cái)產(chǎn)安全構(gòu)成長期重大威脅，應(yīng)對(duì)氣候變化刻不容緩。在“中國將力爭2030年前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和”的承諾被提出后，“雙碳”成為大力推進(jìn)的重要任務(wù)。但工廠減排，減排了二氧化碳，另一方面也減排了氣溶膠，減排氣溶膠對(duì)氣候會(huì)有什么影響？對(duì)天氣會(huì)有什么影響？由于“雙碳”目標(biāo)被提出不久，缺乏觀測數(shù)據(jù)，目前這些問題的答案還不明確。提前模擬、發(fā)現(xiàn)問題、早做規(guī)劃，林光星希望通過自己的工作為此作一些貢獻(xiàn)。

“‘雙碳’目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)涉及很多面，不是一兩個(gè)人能搞定的問題，要做出與氣候變化有關(guān)的任何決定，需要大家共同達(dá)成協(xié)同合作的意愿。即便明天就出現(xiàn)一種奇跡般的地球工程技術(shù)，它能否保證在沒有副作用的情況下就幫助地球恢復(fù)到工業(yè)化前的氣候，也仍需所有人一起對(duì)其進(jìn)行測試和實(shí)施?！绷止庑钦f，“歸根結(jié)底，在影響氣候、天氣上，人類活動(dòng)都扮演了極為重要的角色?！?/p>