作者:晋楠 来源:科学网 www.sciencenet.cn 发布时间:2016/9/7 10:06:28
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科学家探测纳米比亚云朵或解全球变暖谜题

与美国加州和智利一样,纳米比亚海滨也经常被雾气笼罩。图片来源:BuenaVista

在纳米比亚的沿海地区,一年中连续若干月会有一层烟雾持续在低矮的云层上漂移。这是研究气候科学最棘手问题的最佳地点,这个问题就是烟雾和云层如何发生相互作用,从而影响全球变暖。现在,一项空中研究项目已经在这个“自然实验室”中展开。

来自法国和英国的合作者很早之前就希望可以扩展当地样本检测区域,但该团队却未能解决纳米比亚方面的外交路障。在近日获得该国外交通行之前,美国宇航局(NASA)差点撤销了这一季度的飞行。现在,该任务带头人终于舒了一口气,渴望开始研究云层和烟雾效应,“毫不夸张地说,这构成了未来气候模型中最大的不确定性”,加州NASA埃姆斯研究中心大气科学家、气溶胶及其相互作用观测(ORACLES)项目首席研究员JensRedemann说。

与智利和加州一样,纳米尼亚也有着持续性的海滨雾霭:一堆低矮的、相对稀薄的层级云漂浮在离岸地区上空。其中还还有来自自然界火灾和人类生火形成的蔓延在非洲南部萨凡纳稀树草原上的烟雾。今年8月,盛行风改变了方向,在大约3个月的时间里,风将烟雾吹响海洋,吹到云盖上方。在海岸附近,云层和烟雾被整齐的层面分割开来,但是在较远的西部,烟雾停留下来与云层混合。这给科学家提供了一个观察变化的云层和烟雾之间相互复杂作用及其气候效应的一个理想的天然实验室。

大气科学家已经对云层和烟雾自身如何变化有了较深入的了解。例如,明亮的白色云朵能够向空中反射光线,使地球冷却。如果气溶胶像火山散发的硫酸盐粒子一样是明亮的,那么它们也具有制冷效应。而另一方面,煤烟颗粒则会吸收光线,使地球变热。尽管科学家并不确切地知道非洲烟雾在海洋上漂移时会产生怎样的化学反应,他们认为因为它来自于燃烧的植物,因此可能含有大量棕色的碳。那将会使其明亮度处于煤烟和硫化物之间,如此一来既能困住也能反射热量。

当云层和烟雾相重叠时,事情会变得更加复杂。当非洲烟雾被吹到白色的云层上方时,它会吸收云层反射的一些热量,从而打开调温器。但是在云盖内部断裂处,烟雾则有着相反的效应,它比暗色的海洋表面更明亮,从而可以反射太阳辐射,减弱气候变暖。

烟雾粒子也会影响云层。通过吸收热量,气溶胶能够蒸发掉附近的云滴,使云层反射度降低,并使升温效应复杂化。另一方面,通过加热大气层,气溶胶能够稳定空气,防止云层变干、变薄。

实际上,在亮色云层的背景下,烟雾食看不见的,从而让自上往下看的卫星难以发力。因此,这项斥资3000万美元的ORACLES任务将会直接飞入混合层。承担该任务的设备将是NASA的P-3低空涡轮螺桨飞机,该飞机最初由美国海军研发,旨在搜寻潜艇。它将在4~6公里的高度飞行,并携带能够上下观察且直接对空气采样的设备。其飞行路径将会随着各种拐弯和飞行高度的突然变化而变化。Redemann说,飞行员喜欢它,但是科学家对它并没有那么热烈的感情。“很多人坐它常常会呕吐。”

一些飞行器将会停留在特定的维度与经度上,无论当天的云层和烟雾在发生什么,因为气候建模者需要沿着横断面收集的数据。其他的将是基于各种情况和机遇的飞行,需要根据天气变化决定。其中的一项计划是飞往距离非洲海岸1600公里的阿森松岛,它将会跟随烟雾层向西移动,观察它如何随着时间推移产生化学变化。

ORACLES还将采用一架携带ER-2(脆弱的U-2间谍机的变体)的照相机,它将会沿着20公里的高度巡航,提供背景图像。“它是我们的私人卫星。”Redemann说。同时,阿森松岛地面上还会设置一连串的感应器和雷达进行监测。

ORACLES团队观测到的内容将有助于更好地预测区域气候变化。气候模型显示,在气温更高的未来,天气模式将会转变,非洲南部将会变得更加炎热。但是如果非洲国家减少烧火,限制烟雾,这一预测最终可能会站不住脚。清除气溶胶将能够减少其蒸发积雨云的倾向,该地区也会变得更加湿润,ORACLES项目副主任、西雅图华盛顿大学大气学家RobWood说。

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