像雪花一样,烟尘颗粒是独特的,影响气候建模

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图片由密歇根理工大学新闻

黑碳颗粒 - 通常称为烟灰 - 在大气中吸收热量。多年来,科学家们已经知道,这些粒子影响地球气候变暖,但衡量其确切疗效已被证明难以实现。
研究人员在密歇根理工大学和布鲁克海文国家实验室,与其他大学,工业和国家实验室的合作伙伴一起,已经确定的是,虽然含有黑碳颗粒的形状也对大气变暖有一定的影响,重要的是要考虑的结构性差异在烟尘颗粒,以及如何将颗粒相互作用与其它有机和无机材料涂层黑碳作为其行进通过大气中。
在今天科学国家科学院院刊发表的文章提供了一个框架,调和模型模拟与实验和经验观察,以及可用于提高黑碳对气候影响的估计。
太阳辐射的黑色碳的吸收比得上二氧化碳。但黑碳仍然只是在大气中几天到几周,而二氧化碳会留在大气中数百年。
科学家多年来一直近似为球形模型中的黑色的碳粒子经常变得由其它有机材料涂覆。的想法是,随着烟尘颗粒穿越大气层时,涂层具有所谓的“透镜效应”;外套着眼于炭黑光下来,导致增加的辐射的吸收。和而烟尘颗粒确实涂覆的有机材料,即涂层不是均匀的从颗粒与颗粒。
“当你在显微镜下的图像,颗粒从来不看完全一样使用相同的涂层的球,说:”克劳迪奥·马佐莱尼,在密歇根理工大学物理教授和文章的共同作者之一。 “如果你关于由壳包覆完美球体的数值计算中,一个模型将被最多三个的因子显示黑色的碳粒子的增强吸收。”
黑碳粒子的实证研究表明,吸收远小于模型建议,质疑该模型的有效性,以及我们的黑碳的气候强迫作用的认识。
研究表明,该有机材料涂层未完全球形;根据有机材料如何粘在黑色碳粒子,所得到的形状可能会导致颗粒,即使它具有相同的材料量为被不同地成形另一个煤烟粒子非常不同行动。但更重要的是,涂布量可以从颗粒完全不同地改变粒子。这两个属性都降低了预期的吸收增强。
劳拉激烈,在布鲁克海文国家实验室的副大气科学家,应用粒子分辨模型,以考虑颗粒的异质性,而造型炭黑。
“而大多数气雾剂模型简化粒子组合物的表示中,粒子分辨模型跟踪单个颗粒的组合物,因为它们在大气中的发展,”猛说。 “这种模式特别适合用来评估误差从全球范围气溶胶模型应用于常见的近似导致。”
基本上,研究人员已经引入气候进行建模的有机和无机涂层对粒子的多样性和颗粒本身的非均匀性质。通过结合实验室测量的经验模型,该模型预测在吸收比以前认为炭黑低得多的增强增加。更新的造型也带来了该模型的输出更接近什么在现场测量。
“人们认为黑碳对大气,这取决于吸收非常强的变暖效应,”马佐莱尼说。 “如果你有更大的吸收,有助于升温和具有更大的气候影响。了解多少黑炭导致气候变暖,我们需要了解这些细节,因为它们可以有所作为。”
该研究为提高对气候黑炭的辐射效应预测的路径前进。减少黑碳排放在大气中能够帮助减少一些气候变化的影响。这项研究的结果表明,单位质量的粒子的吸收比原先设想的低,但多少黑炭强迫大气变暖也取决于排放水平,互动与云和粒子移动的距离。并同时减少煤烟排放量显著,降低大气中的二氧化碳是最重要的仍。