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对船舶废气的研究高估了污染改变云的冷却作用


气候变化预报员面临的最大问题之一是,大气气溶胶如何形成有助于地球降温的云。现在,研究人员在1月29日的《科学》(Science)杂志上报道,一项新的研究发现,一种有希望理解气溶胶和云如何相互作用的策略,可能会将污染产生的云的冷却能力高估高达200%。

荷兰代尔夫特理工大学的大气科学家Franziska Glassmeier说:“总的来说,云以及气溶胶如何与气候相互作用是气候模型中的一个很大的不确定性。”科学家们知道,气溶胶——无论是来自火山的自然气溶胶,还是来自污染的人为气溶胶,都能改变云层的厚度、散射阳光的能力或其产生的降雨量。但是这些复杂的物理效应很难模拟,所以科学家们寻求现实世界的例子来研究这些效应。

进入船的踪迹。穿越大洋的巨型货船喷出的废气可以形成这些明亮的云层。微小的废气颗粒充当云核:水蒸气凝结在这些颗粒上形成云滴,即云的含水物质。Glassmeier表示,船舶轨迹是“我们可以看到这种因果关系的主要例子”。“加入粒子,你会看到云变得更亮。“更亮的云意味着它们将更多的阳光反射回太空。

这些轨迹通过卫星可见和测量,提供了一个潜在的窗口,沐鸣平台登陆线路让我们了解全球范围内大规模的工业污染可能如何改变地球的云景,以及这些云可能如何影响气候。卫星对船舶轨迹的分析包括从图像中测量云中水滴的密度,并计算云的亮度随时间的变化。

为了评估船舶轨迹在多大程度上反映了污染对云的整体影响,Glassmeier和她的同事们比较了船舶轨迹云的冷却效果和模拟污染产生的云的冷却效果,比如可能发生在城市上空的云。特别是,研究人员想要模拟云层的厚度和亮度——以及它们的冷却效果——如何随着时间的推移而演变,作为降雨和蒸发等过程的结果。

研究小组发现,问题在于航迹并不能说明全部情况。船舶的航迹是短暂的,因为污染源总是在移动。但工业污染往往不会在短时间内发生:相反,有一个稳定的颗粒流入大气。输入的差异会影响到自然云的反应。

在船舶轨迹研究和工业污染模拟中,云最初变亮并产生冷却效果。这是因为,在这两种情况下,大气中大量的气溶胶粒子的加入给了水蒸气大量的冷凝表面,形成了许多小水滴,这些小水滴形成了更亮的云,并反射入射的辐射。

然而,几个小时后,随着船的前进,船的轨迹消失了,污染的脉搏停止了,Glassmeier说。最初短暂的冷却消退了,因为原有的自然云回到了它们最初的、无污染的状态。

但模拟显示,在工业污染物的情况下,自然云不会恢复到原来的状态。相反,这些污染物加速了云层的消亡。这是因为,沐鸣平台登陆线路与较大的天然云滴相比,含有气溶胶的小水滴蒸发得更快。这增加的蒸发使原来的云变薄,使更多的热量通过,而不是污染物从未到达。研究小组说,这最终会对气候产生整体变暖而不是变冷的影响。

“我们需要考虑这种时间尺度效应,”Glassmeier说。仅仅依靠船舶航迹数据来了解所有污染源,就忽略了这种逐渐变薄的效应。“我不会扔掉所有的船舶跟踪数据;我们只是需要用一种新的方式来解释它。她说,目前的气候模型往往忽略了这种变薄效应。

这项新研究“对于解释卫星数据中气溶胶-云的关系非常有用”,伦敦帝国理工学院的大气物理学家Edward Gryspeerdt说,他没有参与这项研究。它“证明了云对气溶胶的反应不是瞬间的,而是随着时间的推移而演化的。”

科学家已经意识到船追踪可能不会导致冷却,格雷姆Stephens说的大气科学家在帕萨迪纳市的美国宇航局喷气推进实验室,加州。例如,史蒂芬斯指出,他和其他人以前发现的轮船轨迹可以加快云层变薄通过增加蒸发率在顶部的云,同时抑制降水,维护一些云的厚度。这两种相互竞争的反应使得决定云的最终命运变得棘手。

但斯蒂芬斯说,航迹所能做的是充当“某种受控实验室”。他们“为我们提供了一种方法,以一种直接、具体的方式来检验气溶胶对云层的影响。”