焦點短訊！灰塵和煙霧對美國西部干旱的影響

中國生物多樣性保護與綠色發(fā)展基金會（簡稱中國綠發(fā)會、綠會）作為聯(lián)合國防治荒漠化公約的觀察員機構，持續(xù)關注全球防治荒漠化和抗干旱方面的動態(tài)。近日，中國綠發(fā)會國際部從世界知名期刊獲悉一文《灰塵和煙霧對美國西部干旱的影響“可能類似于”非洲此方面的研究，作者說（Effect of dust and smoke on Western drought "likely similar" to African study, author says）》。綠會國際部現(xiàn)將該文整理編譯如下，供感興趣的讀者參考。

(資料圖片僅供參考)

（Credit: National Park Service。從梅薩維德國家公園的灰塵監(jiān)測網(wǎng)絡攝像頭觀看西南方向。）

阿拉巴馬州亨茨維爾大學（University of Alabama in Huntsville，UAH）的一名學生表示，他對撒哈拉以南非洲地區(qū)灰塵和煙霧對地表大氣溫度的綜合影響的研究可能適用于美國西部的情況，目前該地區(qū)正處于1200多年來最嚴重的干旱期。

灰塵是自然產(chǎn)生的，但大多數(shù)煙霧來自人類活動或潛在的人為因素，如森林火災。

阿拉巴馬大學大氣科學博士生克里斯托弗·菲利普斯（Christopher Phillips）說，在美國西部，灰塵和荒漠化可能形成一個正反饋回路，導致干燥，因為白天和夜間溫度之間的變化較小。

在《地球物理研究雜志：大氣》上發(fā)表的一項研究中，菲利普斯發(fā)現(xiàn)，撒哈拉沙漠面積不斷擴大，非洲的地表大氣溫度會發(fā)生這種變化。

大氣科學副教授烏代?？枴つ螤柌┦糠评账拐f：“不過，煙霧有點不同。煙霧使白天涼爽，而不會使夜間變暖。這消除了部分反饋。我們發(fā)現(xiàn)，在非洲，灰塵在煙霧中占主導地位，因此我認為這不會改變地表變暖的總體情況?！?/p>

煙霧中的小黑碳顆粒非常善于阻擋陽光，科學家稱之為短波輻射。因為這些小粒子的大小不到十分之二微米，所以它們與科學家所說的地球長波輻射（即地球對太陽能的再輻射）的相互作用不大。

菲利普斯說：“因此，當煙霧濃密時，它會使白天的溫度大大降低，因為它會阻擋陽光，但它不會改變夜間的能量預算，因為煙霧氣溶膠不會與地球的長波輻射相互作用?！?/p>

雖然菲利普斯的研究重點是地表變暖，但他也對研究結果的含義發(fā)表了評論。

他說：“從概念上講，灰塵和煙霧都能穩(wěn)定白天的大氣，使云層形成的可能性降低。沒有云層，你就不會下雨。此外，其他研究表明，非洲的降雨是以與大西洋溫度相關的季節(jié)性周期發(fā)生的。當灰塵和煙霧飄過海洋時，它們會冷卻海水，這可能會降低撒哈拉以南非洲地區(qū)形成季節(jié)性降雨的可能性?！?/p>

菲利普斯說，當灰塵在夜間變暖時，植物上形成的露水量會減少，給植物帶來更大的壓力。

他說：“如果植物死亡，那么更多的灰塵會被排放到大氣中，穩(wěn)定大氣，讓夜晚更加溫暖。這是反饋回路的核心?！?/p>

灰塵的顆粒比煙大得多。它們的大小可能有幾微米，灰塵確實像煙霧一樣阻擋陽光，但它也吸收了地球熱輻射的一小部分。

“這些被吸收的部分不會被釋放到太空，而是被輻射回地面。本質上，灰塵就像一層毯子，在夜間將地面隔開?！?/p>

這類似于溫室氣體二氧化碳的行為，這也是菲利普斯研究的動機之一。

菲利普斯說：“在這些干旱多塵的地方，我們?nèi)绾螌⒒覊m的影響與溫室氣體變暖區(qū)分開來？我們發(fā)現(xiàn)，你可以使用天氣模型量化灰塵造成的夜間變暖程度，但你必須考慮煙霧和灰塵的組合?！?/p>

他說：“那是因為煙霧太多意味著你白天涼爽，晚上卻沒有毯子效應。我們發(fā)現(xiàn)，當煙霧濃度超過一半時，白天的降溫作用會比夜間的升溫作用更大?！?/p>

為了研究非洲的這些影響，菲利普斯使用了一種單柱天氣模型的計算機建模方法，該模型只關注大氣中的能量傳遞等垂直過程。他使用了阿拉巴馬州亨茨維爾大學的矩陣高性能計算集群。

菲利普斯說：“它不像大型國家實驗室那樣是一臺超級計算機，但它很接近?？偟膩碚f，我認為我們有近5000個模擬要分析，如果沒有某種高性能計算機，這是不可能的?！?/p>

該模型是通過2006年塵埃生物量燃燒實驗中的氣象氣球和氣溶膠測量配對開發(fā)的，該實驗使用飛機測量非洲上空塵埃煙霧的垂直結構，以及來自美國能源部和美國宇航局在尼日爾的兩個研究點的氣象氣球數(shù)據(jù)。

菲利普斯說：“我們發(fā)現(xiàn)了兩個廣泛的改變表面溫度的過程。第一個是我們已經(jīng)討論過的輻射過程，即氣溶膠阻擋陽光，但捕捉地球的熱輻射?！?/p>

第二個問題與氣溶膠如何穩(wěn)定大氣有關。表面附近的空氣被稱為行星邊界層。當表面的熱量產(chǎn)生湍流漩渦混合大氣時，它會增長，但添加灰塵和煙霧會使邊界層變淺。通過在較小的層中捕捉熱量，表面溫度會升高

菲利普斯發(fā)現(xiàn)，這種影響與灰塵和煙霧形成的陰影相競爭，并使白天溫度對灰塵的反應復雜化。然而，在夜間，輻射和邊界層效應共同導致變暖。

菲利普斯說：“無論你在美國還是在撒哈拉以南非洲，這兩個過程都是一樣的?！?/p>

菲利普斯說，盡管要注意到大氣是一個非常復雜且不斷演變的系統(tǒng)，但美國西部的持續(xù)干旱造成了許多正反饋循環(huán)，使其永久化，例如植被減少，既減少了從地面到空氣的水汽運動，也增加了大氣粉塵負荷。這兩種影響都可以減少下雨的機會。

他說：“我當然預計，持續(xù)的干旱將導致美國沙漠的擴大，甚至可能將半干旱地區(qū)轉變?yōu)楦珊档貐^(qū)?！?/p>

另一方面，西部農(nóng)業(yè)往往灌溉良好，菲利普斯說，研究表明，實踐有助于增加降雨量。

他說，大型氣候模式也會有所幫助。像厄爾尼諾和拉尼娜這樣的周期極大地改變了美國的降雨量，它們可以壓倒灰塵和煙霧等當?shù)匾蛩亍?/p>

菲利普斯說：“不用說，大自然是極其復雜的，灰塵和煙霧只是其中的一部分?！?/p>

他說：“這就是為什么繼續(xù)推動科學進步和進行更全面的研究，將每一部分放在一起，是如此重要。我很自豪地說，我們的論文是朝著這個方向邁出的一步，將氣溶膠如何影響輻射傳輸和邊界層增長聯(lián)系在一起?！?/p>

原文參看：https://phys.org/news/2022-06-effect-western-drought-similar-african.html

編譯：Daisy

審核：Sara

標簽： 撒哈拉以南非洲 大氣溫度 的可能性