▲李占清教授和团队成员在分析观测数据


　　▲李占清与参加飞机观测的团队队员


▲微波辐射仪器


　　伴随着两架飞机飞抵邢台市试验基地上空，对大气、气溶胶和云等参数垂直廓线进行盘旋观测，北京师范大学联合中国科学院、中国气象局和北京大学等单位组织的 “大气－气溶胶—边界层—云相互作用”地面空中综合观测试验正有条不紊地开展。
　　本次试验是由北京师范大学全球变化与地球系统科学研究院首席科学家李占清教授主持的，是科技部全球变化研究重大研究计划项目“云—气溶胶气候效应的观测与模拟研究”和国家自然科学基金委大气复合污染重大研究计划、重点研究项目“气溶胶与边界层相互作用及其对近地面大气污染浓度的影响研究”的重要组成部分。
　　“这项研究通过观测取得第一手数据资料，研究了东亚季风区气溶胶与云、降水的相互作用。到目前为止，他们取得的成果是创新型的。未来，我们对降水机理的认识或将从中得出新的看法。”中国工程院院士、世界气象组织东亚季风研究委员会主席丁一汇评价道。
气溶胶是影响地球气候的重要因素空气污染和全球变化是全人类面临的重大挑战，也是世界各国所关注的问题。气候的变化趋势和环境污染关系巨大。其中，气溶胶是空气污染的主要成分，也是影响地球气候系统的重要因素。
　　气溶胶是悬浮在大气中的固态和液态颗粒物的总称，通常分为自然气溶胶和人为气溶胶。尽管气溶胶在大气中的含量相对较少，但它会通过各种机制影响环境和气候，对温度、气候、降水等带来影响。雾、烟、霾、轻雾（霭）、微尘和烟雾等，都与天然或人为排放的气溶胶有关。因此，它不仅影响大气环境，同时影响人类健康。
　　“我们的研究团队组织开展一系列大型的科学试验，联合国内外该领域专家，通过分析资料和计算机数值模式，围绕气溶胶对地面太阳能、温度、风速、云、降水和极端天气的影响等核心科学问题，对气溶胶的各种气候效应进行了系统、深入的研究，取得了一系列重要发现，发表了近百篇SCI论文，尤其是有关气溶胶、云和降水相互作用的研究。一些发现在《自然》《科学》等科学刊物发表并被国内外媒体广泛报道。”李占清说。
　　云是连接气溶胶与降水的桥梁，是气候变化的最核心、最不确定的因素，也是我国气候变化研究领域最薄弱的环节。
　　经过长期的试验研究，李占清团队揭示了气溶胶对地面太阳能、温度、风速、云、降水和极端天气的影响，阐明了环境变化与气候变化的密切联系。
　　在温度方面，气溶胶作为大气中的灰色物质，把太阳能反射到太空，或者稀释在大气里面，使地面的温度降低。大气温度升高后，变得比较稳定，空气污染就会加重，对地面温度的影响就更加巨大。此外，研究变化一个重要问题是如何区分由于天气系统变化引起的自然变化，温室气体和城市热岛效应引起的增温，和气溶胶引起的冷却效应。他们提出的独特方法，能将这些不同因素引起的温度变化区分开来，这对气候变化研究非常有用。
　　气溶胶对降水的影响也比较明显。近几年，中国有“南涝北旱”的特征，即南方湿润地区降水增多，而北方干旱半干旱地区降水减少。
　　“经过我们的研究发现，它和污染的加重有很大的关系。”李占清说，“在北方地区，水气含量比较少，气溶胶增多以后，由于它是产生云的根本物质，所以导致无法降水，云就会集聚，产生暴雨。小雨变少，暴雨变多，就会造成极端天气。”李占清的研究团队发现极端天气的频发，可能与空气质量的变化有关。
　　他们的研究还发现气溶胶还可能影响风、雷暴、雾、霾的日变化、周变化、年变化和长期变化趋势，而且不同类型气溶胶影响程度也有所不同。自九十年代晚期开始，暴风雨和干旱等极端天气增多，在地球上超过三分之一的地区增加明显。据统计，61年来邢台市区平均风速有明显的年代际变化：1974年以前，邢台市年平均风速都在2米/秒以上；1974年以后很少超过1.8米/秒；2003年以后几乎都在1.6米/秒以下。特别在近8年，邢台市冬季平均风速为1.3米/秒。
　　李占清认为，“风速的减小是我国雾、霾天气增加的重要成因之一，这可能与我国的空气污染增加有关。气溶胶使近地面大气稳定度增加，增加了雾、霾产生的可能。”
综合观测系统助推气溶胶观测试验
李占清带领团队自2004年开始就参与我国大气研究项目。早期利用他在国外的研究资源，与国内多家大学和科研部门一起开展合作研究。通过分析研究所取得的地面和飞机资料以及全球卫星资料，开展了全方位的气溶胶观测试验研究。他的研究揭示了地面气溶胶浓度对云高和云厚的显著影响，以及由此产生的降水频次和降水强度的变化。“除了科学发现外，中国的年轻学者利用这次机会学习了许多新的观测技术，比如最尖端的毫米波云雷达观测。”李占清说。
　　国外先进的技术设备为我国在大气探测领域的研究起到了推波助澜的作用。“2008年，美国能源部数家国家实验室用多年时间研制了一套先进的设备，经过激烈的申请过程，我们团队最终拿下项目，把愈千万美元的先进仪器设备和科研、工程方面的人才引进中国。我们使用该仪器在安徽寿县国家气象局的气候观测站进行了为期一年的观测试验，第一次得到了中国云层的直接观测垂直结构图。”李占清告诉记者。该项目主要研究气溶胶对能源、辐射、温度的影响。
　　2011年，李占清研究团队在英国《自然·地球科学》杂志发表的文章首次揭示了云、降水和大气气溶胶之间的密切关系。他的研究表明，维持清洁的环境，有助于减少极端天气现象的发生，特别是严重的旱涝灾害；天气预报考虑进环境因素，也可能增加其准确性。该文发表后，被世界各地近五千家各类媒体以不同语言报道或转载。
　　目前的研究项目在2013年正式启动，主要围绕污染变化对大气气候的影响展开，侧重对云和降水的研究。李占清研究团队首先在河北香河开展了大型试验，对气溶胶物理、化学、成云、稀释特性进行了观测，探明了不同的气溶胶在不同的环境下对于云的形成机制的作用。第二年，山西忻州的试验正式开展。研究团队主要进行了综合的大气观测，首次用到飞机进行综合性观测，获得了气溶胶、云垂直变化的直观资料。
　　与以往的观测试验不同，今年项目团队选择在河北邢台进行观测是一个新的起点。“这是最大规模的一次观测试验。我们研发、改进和购置了一整套大气、气溶胶、云降水等一系列先进的仪器设备，同时联合中国科学院、中国气象局等国内外多个单位，集合各家观测设备、观测技术进行试验，以此全面表征大气、云、地面的状况，帮助我们了解近地面边境层的污染状况，以及近地面大气的稳定度对云和降水产生的影响。”李占清说。
　　“邢台具有有利的观测条件，一方面，这里便于使用双飞机对云内外以及边界层内外进行盘旋观测，同时，这里建有探空站，可以获得整层各种大气参数相关信息。”李占清解释道，“河北省既有建在石家庄城区的观测场地，又有在华北平原地区的实验基地，是一个优势。这里有希望建成为国内外有影响的大气综合试验场。”
　　河北邢台是污染之都，重工业基地。这里气候多变，极端天气频发，其中，干旱是发生最频繁、影响最大的气象灾害，暴雨洪涝、大风，冰雹、高温、雷电、雾霾、连阴雨、干热风、低温冻害、风暴潮等气象灾害每年均有发生。此外，华北大平原与太行山过渡带污染堆积、水汽集聚，地形抬升，对流天气强，极端降水事件明显增多。由于地面风速成减少趋势，不利于污染物的水平扩散；由于近地面层逆温增多，不利于污染物垂直扩散。这些特殊的环境和气象条件是李占清选择在邢台开展试验的重要原因。他认为“以上这些现象都可能与气溶胶的增加有关”。
　　基于以上原因，李占清带领的研究团队在国家基本气象站—邢台站建立了气溶胶—云凝结核流动实验室、楼顶大气观测平台以及由各种主动（激光雷达、云雷达、雨雷达、风廓线雷达等）和被动（太阳光度计、长短波辐射计、微博辐射计等）遥感仪器组成的大气综合遥感系统等。自四月底到六月中，开始了集大气、气溶胶、环境、化学、物理等方面的试验研究，收集各种气溶胶、大气、云、降水、地面通量等实时数据。及时组织团队每天开会诊断分析各种观测资料，并通过网络平台和国外专家一起讨论、纠正观测可能出现的问题，保证试验的有序进行和科学研究的效率和创新。
　　这些综合观测系统集合了国内外各种先进的探测技术，是开展气溶胶、云物理、人工影响天气、天气和气候变化研究最完整的观测设施，具备了在中国开展前沿研究的能力。培养了一大批研究生和青年学者。他们不仅掌握了先进的观测技术和科研方法，更重要的是通过亲历大型科学试验，树立了团队合作精神和严谨的科学态度。
为科学发展和环境改善贡献力量气候变化、水资源和环境等问题，已经成为公众最关心、与百姓生活最相关的科学问题和社会问题。李占清研究团队对于全球气候与环境的系统研究成果，不仅对我国科技的发展有积极的推动作用，同时为改善我国气候环境、辅助制定环境保护、资源节约、防灾减灾相关政策来造福社会有重要价值。
　　在项目实施过程中，李占清研究团队加强与国际相关科研机构的合作，重视与世界先进水平接轨。
　　马里兰大学帕克分校大气海洋科学系的教授狄克森（Dickerson）表示，与北师大以及中国其他学校合作是一个了解污染与气象之间相互作用的绝好机会，我们可把美国的探测技术带到中国，帮助理解（中国）污染的起源与云、降水之间的相互作用，以及可以运用于改善美国和中国的空气质量的最有效方法。同时也把美国治理环境污染的经验教训与中国同事们分享。
　　来自德国马普所的斯蒂芬（Stephen）谈到，“我们科研小组和中国有很多的合作，我们有叫DOAS（deferentialopticalabsorptionspectroscopy）的仪器，即差分吸收光谱分析技术，小巧便宜，能够对空气污染进行有效的测量。目前在中国很多机构都有应用，我们也会继续加强同中国的一些合作项目。”
　　该项目的跟踪专家，中国科学院院士、前国际大气与气象协会主席吴国雄对项目试验的重要性、创新性以及对我国气候变化与环境问题研究的可能贡献给予高度评价。他表示：“中国在气溶胶方面的研究起步比较晚，李占清教授能积极地把相关研究队伍联系起来，做联合观测，再做学术交流，这将大大推动中国气溶胶研究的发展。”
相关链接：人物名片李占清，“千人计划”专家，美国科学促进协会会士（AAAS#Fellow)、美国地球物理协会会士（AGU,Fellow）和该协会地球物理研究杂志（J.,Geophy.,Res.)编辑，国家重大科学研究计划项目（973项目）项目首席科学家，中、美重大合作项目首席科学家。前美华大气海洋协会主席，中国科学院海外评审咨询专家，中国自然科学基金会海外杰出青年研究基金获得者。1991年于加拿大McGill大学取得博士学位。1992年起任加拿大国家遥感中心研究员。2001年起任美国马里兰大学教授，主要研究领域卫星遥感、大气物理和气候变化。在地球辐射平衡、云吸收、气溶胶直接与间接气候效应等科学问题方面取得突破性研究成果。发表SCI文章230余篇，包括《自然》《科学》《自然·地理科学》《美国国家科学院院刊》等知名杂志。引用6000多次，H-index,43。在国际会议上做特邀报告50多次。研究发现被世界各地主流媒体广泛报道近万次。获得过10多项美国、加拿大和德国科技成果奖，包括由德国总统颁发的洪堡研究奖、加拿大总理颁发的公务员最高奖、美国地球物理协会Y.J.,Kaufman杰出研究与合作成就奖等。2004年作为在美国工作的外裔科学家代表而刊登在《科学》封面。