一项新的研究精炼了野火烟雾中黑碳吸收的阳光量，这将有助于消除地球系统模型长期以来的一个弱点，从而能够更准确地预测全球气候变化。
“黑碳或煤烟是仅次于CO的下一个最有效的气候变暖剂2而甲烷，尽管只有几周的短暂生命期，但它对气候模型的影响仍然高度不确定。”洛斯阿拉莫斯国家实验室的气候研究员詹姆斯·李说，他是《地球物理研究快报》上关于野火烟雾吸收光的新研究的通讯作者。我们的研究将消除这种不确定性。”
洛斯阿拉莫斯的研究解决了烟中黑碳吸收的光量与模型预测的光量之间长期存在的脱节，考虑到黑碳是如何与其他物质混合的，如以羽状形式存在的冷凝有机气溶胶。
该团队使用洛斯阿拉莫斯的气溶胶-气体法医实验多仪器实验室中心(CAFÉ)对美国西部两个夏天的几场野火的烟雾进行了采样，包括2020年新墨西哥州附近的中型火灾，以及来自加利福尼亚州和亚利桑那州的老化羽流。
CAFÉ团队现在正在与太平洋西北国家实验室的同事合作，将他们验证过的参数纳入能源部的能源百亿次地球系统模型(E3SM)。这将更好地评估野火气候强迫和反馈。
汽车、发电厂、住宅供暖和野火排放的黑碳是太阳辐射的有效吸收剂，将入射光转化为大气热量。
“野火释放出烟灰和有机颗粒，它们分别吸收和散射阳光，使大气变暖或变冷，其净效果各不相同，这取决于烟雾混合物的成分。”CAFÉ主任和洛斯阿拉莫斯的项目首席研究员曼文德拉·杜贝说。“随着大型火灾产生的烟雾在全球扩散，这种混合会随着时间的推移而演变。我们发现，由于有机涂层的增长，烟灰的光吸收效率随着年龄的增长而增加，这之间存在系统性的关系。”
Dubey说，这一发现准确地捕捉了目前模型中近似的烟灰的复杂尺寸和结构。
“我们正在推动将其纳入气候模型，以提供野火烟尘造成的变暖的可靠估计，特别是在北极，那里变暖的速度是全球变暖的四倍杜贝说。
“虽然人们普遍认为黑碳会导致气候变暖，”李说:“它对气候的影响并不为人所知，因为它是如何与大气中其他类型的颗粒共存的。”
这种不确定性部分源于缺乏对黑碳反射光和吸收光的特性如何随着年龄的增长而演变的了解，以及在野火烟雾扩散时快速变化的大气条件下如何经历复杂的化学反应。烟柱可以在高层大气中停留数月。
在演化过程中，有机气溶胶形成并凝结在黑碳颗粒周围。其中一些气溶胶将光线聚焦在黑碳上，增加了黑碳的吸收;但吸收多少光取决于气溶胶的大小以及它们如何覆盖烟灰。
杜贝说，目前的气候模型理想化了这种烟雾的混合状态。由于模型没有考虑到有机涂层中基于每个颗粒大小的变化，模型高估了黑碳吸收的辐射量。这导致了野火气候影响的巨大不确定性和偏差。
单粒子模型产生了更好的结果，但由于计算成本太高，无法嵌入E3SM等地球系统模型中。这就是为什么洛斯阿拉莫斯的研究人员试图为黑碳创建参数，使其可以被纳入地球系统模型中，而不会产生建模大量粒子的巨大计算成本。
洛斯阿拉莫斯研究小组分析了从CAFÉ 10米高的采样塔收集的6000万个烟雾颗粒。这种观测方法使他们能够解释每个粒子上有机涂层数量的变化，这是早期模型所缺失的部分。根据CAFÉ收集的经验数据，研究小组使用现有的吸收模型来确定每个粒子吸收了多少光能，然后推断出羽流的总黑碳吸收。
他们的结果与平行进行的烟雾特性的独立测量相匹配，而基于理想的黑碳颗粒的建模未能与观测相匹配。洛斯阿拉莫斯的结果可以被放大，以代表全球气候模型中的大气羽流
研究小组发现，他们可以通过涂层材料与烟羽中黑碳体积的比例来预测黑碳吸收的放大。这个简单的比率可以被纳入复杂的地球系统模型，以确定黑碳对气候的影响。
来源:https://www.lanl.gov/