原来黑碳对气候变暖有着重大影响!

密歇根理工大学和布鲁克海文国家实验室的研究人员以及其他大学,工业界和国家实验室的合作伙伴已经确定,尽管含有黑碳的颗粒的形状确实对大气变暖有一定影响。

但重要的是要考虑结构差异碳黑颗粒中的碳黑,以及颗粒如何与其他有机和无机材料相互作用,这些有机和无机材料会在黑碳穿过大气层时对其进行覆盖。

该文章今天发表在《美国国家科学院院刊》上,提供了一个框架,该框架使模型模拟与实验室和经验观察相一致,并且可用于改进对黑碳对气候影响的估计。

每个黑碳颗粒都是独特的,黑碳对太阳辐射的吸收与二氧化碳相当。然而,黑碳只能在大气中保留数天至数周,而二氧化碳可以在大气中保留数百年。

多年来,科学家一直在模型中将黑碳颗粒近似为球形,并经常被其他有机材料覆盖。人们认为,当烟灰颗粒在大气中传播时,涂层具有所谓的“透镜效应”。

涂层将光聚焦在黑碳上,从而增加了辐射吸收。而且,尽管烟灰颗粒确实被有机材料覆盖,但颗粒之间的覆盖并不均匀。

密歇根理工大学物理学教授,文章的合著者之一克劳迪奥·马佐莱尼说:“当您在显微镜下拍摄图像时,这些粒子看起来永远不会完美地像具有相同涂层的球体。”

“如果对由外壳覆盖的完美球体进行数值计算,则模型将显示出黑碳颗粒的吸收提高了三倍。”对黑碳颗粒的实证研究表明,吸收量远小于模型所表明的,从而质疑了模型的有效性以及我们对黑碳的气候强迫效应的理解。

研究表明,有机材料涂层不是完全球形的。取决于有机材料如何附着在黑碳颗粒上,即使其形状与另一种形状不同的烟灰颗粒的材料量相同,所得到的形状也会使该颗粒的行为差异很大。

但更重要的是,涂层的数量可能会因颗粒而异。这两个属性都降低了预期的吸收增强。布鲁克黑文国家实验室的大气科学家Laura Fierce在对黑碳进行建模时,应用了粒子分解模型来解释粒子的异质性。

Fierce说:“大多数气溶胶模型简化了颗粒成分的表示,而颗粒分解模型则跟踪了单个颗粒在大气中演化的组成。” “该模型非常适合评估由全球规模的气溶胶模型中的通用近似值引起的误差。”

对气候变暖的影响比我们想象的要小本质上,研究人员已将气候变化模型引入了颗粒上有机和无机涂层的多样性以及颗粒本身的非均匀性质。

通过将经验模型与实验室测量结果相结合,该模型预测黑碳吸收的增加幅度要比以前想象的要低得多。更新的建模还使模型的输出更接近现场测量的结果。

Mazzoleni说:“人们认为黑碳对大气有很强的变暖作用,这取决于吸收。” “如果吸收量更大,它会导致变暖并对气候产生更大的影响。要了解多少黑碳有助于气候变暖,我们需要了解这些细节,因为它们会有所作为。”

这项研究为改进对黑碳对气候的辐射影响的预测提供了一条途径。减少大气中的黑碳排放可以帮助减少气候变化的某些影响。这项研究的结果表明,粒子的单位质量吸收率比以前认为的要低.

但黑碳强迫大气变暖的程度还取决于排放水平,与云的相互作用以及粒子的行进距离。尽管减少烟尘排放非常重要,但减少大气中的二氧化碳仍然至关重要。

文章来源:密歇根理工大学

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