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南大洋为何具有天下上最清洁的空气

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◎本报记者 张佳欣

据世界卫生组织称,作为一项全球公共卫生危机,空气污染每年导致700万人死亡。有研究表明,空气污染会增加患心脏病、中风和肺癌风险。那么,地球上还有原始的、纯粹的空气吗?

4年前,米国科罗拉多州立大学(University)科学家在《米国我国科学院院刊》上发表论文称,南极洲周围的南大洋上空有着世界上最干净空气,该区域是“真正原始的地方”。

澳大利亚《对话》杂志报道称,与其他地方相比,这里使用工业化学品和燃烧化石燃料不多,人为活动排放较少。但为何能成为地球上空气的一方净土,其形成原因一直是个谜。

现在,一项发表在《Npj气候和大气科学》杂志上的研究表明,云和雨在净化大气方面发挥着至关重要的作用。

卫星“看到”蜂窝状云层

悬浮在空气中的细小固体颗粒可能液滴被称为气溶胶。除了工业来源外,海浪中的盐分可能风吹起的扬沙等自然(Nature)因素也会导致气溶胶。南大洋上空的气溶胶水平受到一系列因素影响。盐雾的数量和浮游植物(空气中硫酸盐颗粒的来源)的季节性生长变化都会改变空气中气溶胶含量。冬季产生硫酸盐较少,也是南大洋上空空气最纯净的时候。

与此同时,南大洋也是地球上云量最多的地方,这会导致这里常有短暂零星阵雨。在新研究中,澳大利亚莫纳什大学(University)研究人员想要探究云和雨在净化空气中起的作用。了解这些过程的最大障碍是缺乏对该地区云、降雨和气溶胶的高质量观测。

不过,在新一代卫星帮助下,研究人员能以前所未有的细节研究云层图像。他们(They)开发了一个能够识别南大洋大片区域上不同云型的计算机程序,着重寻找云层中独特的蜂窝状图样。

之所以关注蜂窝状图样,是因为它们(They)在调节气候方面的作用不可小觑。一方面,当这些蜂窝状单元“挤满”云朵时,会变得更白、更亮,能将更多阳光反射回太空,有助于保持地球凉爽。另一方面,空的可能“开放的”蜂窝状单元可以让更多阳光透进来。

蜂窝状单元是开放还是关闭,也与它们(They)能产生的降雨量有关。这些错综复杂的因素造成目前(Currently)地球气候模型中出现一些错误,因为模型并没有恰当地将其涵盖在内。模拟蜂窝状单元“开关”状态尤为关键,否则得到的结果(Result)将大相径庭。

强阵雨“洗去”气溶胶

今年(This Year)4月,澳大利亚肯纳乌克/格里姆角天文台启动了云和降水实验,目的是获得有关云、雨和阳光的更高分辨率数据。

借此机会,研究人员将蜂窝状云图样与天文台气溶胶测量结果(Result)进行(Carry Out)了比较,同时与气象局的降雨观测数据也进行(Carry Out)了比较。结果(Result)表明,空气最纯净的日子与开放的蜂窝云有关。研究人员认为,这些云层导致零星强烈的阵雨,从而将气溶胶粒子从空气中“洗掉”了。

与充满云的蓬松白色蜂窝状关闭单元相比,开放单元含有更多水分,能产生更多雨水。数据显示,开放蜂窝状单元产生的降雨量是关闭的6倍。

研究人员发现,从卫星上看起来不那么多云的天气,实际上会触发最有效的冲刷气溶胶的阵雨。而充满了云可能关闭的蜂窝状单元,虽然看起来云层密布,但对空气的清洁效果较差。

在空气最清洁的冬季,空的蜂窝状单元更为常见。分析表明,大范围天气系统“掌控”着云场模式。当肆无忌惮的风暴席卷南大洋时,便产生了这些开放和关闭的蜂窝状单元。

有助构建更佳气候模型

4年前,科学家对海洋边界层(大气中与海洋直接接触的部分)的空气进行(Carry Out)了采样。他们(They)检查了空气中微生物的成分,这些微生物存在于大气中,经常被风吹散到数千公里外。通过DNA测序、来源追踪和风的回溯轨迹,科学家发现,这些微生物起源于海洋。

现在,新研究进一步破解了南大洋为何有世界上最干净空气的谜团。其中,降雨是关键,尤其是来自这些透明、开放的蜂窝状云层引发的降雨,它们(They)负责净化南大洋上的所有空气。这似乎解释了为何空气中存在来自海洋的微生物成分。

这些蜂窝状图样也存在于冬季的北大西洋和北太平洋地区。因此,新研究也将有助于解释这些云是如何去除这些地区气溶胶的。科学家还能在此基础上改进气候模型,达成更准确预测。

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