魏茨曼科学研究所 信用:CC0公共领域 重要的不仅仅是火燃烧的温度——还有它们燃烧的地方
澳大利亚最近的极端火灾季节始于2019年，一直持续到2020年，在此期间，数百万吨烟雾颗粒被释放到大气中
大多数这些粒子遵循一个典型的模式，在一天或一周后沉降到地面；然而，在这个国家的一个角落里燃烧的火所产生的火焰几个月来覆盖了整个南半球
一对以色列科学家设法追踪了2020年1月和2月这些火灾中充满粒子的雾霾的峰值，然后在最近发表在《科学》杂志上的一篇论文中，他们发现了将这些火灾发出的粒子扫入高层大气并将其扩散到整个南半球的“完美风暴”情况
到达平流层——大气层的上层——的粒子通常是通过火山爆发到达那里的
在更极端的喷发中释放的火山灰使太阳变暗，使地球变冷，并产生壮观的日落
教授
魏茨曼科学研究所地球和行星科学部的伊兰·科伦和他以前的学生李博士一起进行了这项研究
艾坦·赫希现在是内塞奥纳以色列生物研究所环境科学部的负责人，他注意到了一种基于卫星的测量大气中粒子载荷的方法——AOD法——或气溶胶光学厚度——的极端增长
2020年1月，这些以标准偏差绘制的测量值显示出三倍于正常值的偏差——其中一些读数是有史以来最高的，甚至高于Mt的读数
皮纳图博在1991年
但是时间与任何火山活动都不一致
他们想知道火灾是否是罪魁祸首，尽管火灾产生的烟雾很少能大量逸出低层大气，即对流层
对流层从地面延伸到几公里的高度，如果烟雾颗粒设法升到那么高，它们就会撞击一个被称为对流层顶的逆温层，该层充当对流层和平流层之间的天花板
反向工作，使用来自几颗卫星的数据，除了AOD之外，还包括揭示粒子如何在大气“切片”中垂直分布的激光雷达读数，两人能够证明尖峰的来源是丛林大火——特别是在澳大利亚东南部燃烧的那些
对卫星数据的进一步分析显示，平流层中的宽带霾正在扩散到南半球，在1月至3月达到峰值，并持续到7月；一直延伸到澳大利亚西海岸
这些烟粒子是如何穿透对流层顶天花板的，为什么它们来自这些火灾而不是其他火灾？赫希说，一个线索在于几年前发生在加拿大的另一场遥远的森林大火
当时，AOD含量也很高
这两起火灾都发生在远离赤道的高纬度地区
对流层的高度在这些纬度上收缩:在热带地区，它的上限可以达到地表以上18公里，而在北纬45度以上的某个地方，它突然下降到大约8-10公里的高度
因此，第一个使粒子能够跨层飞行的因素就是可以穿越的大气层变少了
火积云——由火的能量提供燃料的云——被认为是将烟雾输送到平流层的一种方式
然而，当检查卫星数据时，赫希和科伦注意到，高温积云只在火灾持续时间的一小部分时间内形成，它们主要出现在海岸中部燃烧的火灾中
换句话说，这些云不能解释被发现被输送到平流层的大量物质，并且从源头顺风提升烟雾的额外机制也丢失了
这就引出了第二个因素:贯穿澳大利亚南端的中纬度气旋带的天气模式，澳大利亚是地球上风暴最严重的地区之一
烟雾首先被低层大气中的盛行风平流(水平移动)到太平洋，然后一些烟雾汇聚到那里的深对流云中，并在云的核心被提升到平流层
一种有趣的反馈机制被称为“气溶胶激活云”，可以进一步加深云
在以前的一项研究中，作者已经表明，在诸如南大洋的原始环境这样的条件下，对流云是“气溶胶有限的”
“因此，上升的烟雾水平可以作为云凝结核，使云发展得更深，从而增加能够穿透对流层顶并将烟雾注入平流层的云的数量
在平流层中，这些粒子发现自己身处一个不同于他们刚刚离开的世界
如果它们在下面受混合和搅动气流的支配，那么在上面，空气以稳定的线性方式运动
也就是说，有一股强大的水流，它正把它们向东移动，越过海洋到达南美洲，再越过印度洋回到澳大利亚，然后慢慢地绕过整个半球
“智利人正在呼吸澳大利亚大火产生的微粒，”赫希说
通过在无尽的气流中航行，这些粒子在空中停留的时间比低层大气中的烟雾粒子长得多
“对于地面上的人来说，空气可能只是看起来有点模糊，或者夕阳有点红
但如此高的AOD——比正常高得多——意味着阳光被阻挡，就像火山爆发后一样，”科伦说
“所以烟雾对大气的最终影响是降温，尽管我们仍然不知道这种降温和变暗对海洋环境或天气模式有多大影响
“加州、澳大利亚和热带地区总是有火灾，”他补充道
“我们可能无法阻止所有的燃烧，但我们确实需要了解这些火灾的确切位置可能会对我们的大气层产生非常不同的影响
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