科罗拉多州立大学 科罗拉多州伍德兰公园附近的马尼图实验森林天文台的仪器入口和塔顶景色 在西部燃烧的许多野火产生的烟雾已经使美国数百万人的空气质量变得危险
这是空气中最小的气溶胶颗粒，对人体健康特别有害
但是几十年来，我们还不知道这些粒子实际上会在空中停留多久
科罗拉多州立大学科学家的新研究让我们对这一过程有了更好的了解，这不仅有助于空气质量预测，也有助于全球气候建模
无论是来自野火烟雾还是汽车尾气的气溶胶粒子，在大气吸收或偏转多少热量方面起着重要作用
然而，我们还没有完全理解这些微小的粒子是如何迅速从空气中被吸出的——尤其是在没有水分的情况下
这给已经很复杂的气候模型增加了很大的不确定性
中央大学自然科学学院化学系副教授戴尔芬·法默(Delphine Farmer)知道，是时候让我们做得更好了
法默和她的同事最近宣布，他们已经能够在现实世界的环境中——从森林到草原——探测到这些重要粒子实际上离开大气层的速度
他们的发现首次出现在10月5日的《国家科学院院刊》上
“这项工作确实突出了实地测量的重要性和力量，”法默说
“我们可以直接利用实地研究的观察结果来缩小气候模型的不确定性，并提高我们对气候相关过程的理解
" 瞄准不确定性 气溶胶粒子以两种主要方式脱离空气
第一种也是最常见的是所谓的“湿”沉积，当湿气将它们从空气中带走时，无论是通过云的形成、雪还是降雨
科学家们已经很好地处理了这种力量，这种力量约占大气中气溶胶效应的80%
但是另一种力量，“干”沉积，却神秘得多，尽管它在全球扮演着不可忽视的角色
因为气溶胶非常小(以纳米和微米为单位)，它们不会因为重力而简单地下落
它们可以在气流中飘散很长时间
然而，到底有多长时间是个问题
“当一个粒子被排放到大气中时，它在空气中停留的时间取决于这些去除过程，”法默说
她解释说，这一点至关重要，因为“一个粒子在大气中停留的时间越长，它就越有机会传播得更远，或者形成云，或者影响人类健康
因此，正确的去除过程对于预测颗粒浓度及其影响至关重要
" 20世纪70年代和80年代理论计算的早期结果，以及2000年左右在光滑表面上完成的更粗糙的测量，已经被输入气候模型几十年了
这就是法默发现改进机会的地方，他曾用高分辨率仪器跟踪大气化学
改进的气候模型——和人类健康 法默和她的同事们知道，当然，陆地——甚至海洋——表面并不都是光滑的
所以他们想看看这些粒子在现实世界中到底发生了什么
特别是，他们观察了推动这些气溶胶旅行的超越重力的力量
“对于小的、与气候和健康相关的粒子，大气中的湍流将粒子带到表面，让这些粒子被卡住，”法默说
正因为如此，这些小粒子并没有一条通向表面的直线——尤其是在像森林这样复杂的表面环境中
法默解释说，每一种微观气溶胶粒子都有自己的挑战，“有点像美国忍者战士，粒子必须避免撞击不同的障碍物才能留在大气中
每个排管对不同尺寸的粒子都特别具有挑战性
" 为了观察这些不同大小的粒子在这个障碍跑道上的表现，研究人员部署了一个超高灵敏度的气溶胶光谱仪，它使用激光来计数粒子
他们在科罗拉多州马尼图实验森林的松林中和俄克拉荷马州南部大平原的草原上建立了测量站，以便在这些粒子最终着陆时获取真实世界的数据
法默解释说:“我们测量了不同的粒子在这个挑战中运行的速度。”
“然后我们用这些测量结果来计算出排管的哪一部分减缓了不同粒子的速度
" 他们发现这些重要粒子的寿命范围比早期模型所建议的要窄得多
事实上，旧的预测依赖于非常小的粒子(小于100微米的粒子)的较快去除和较大粒子(大于400微米的粒子)的较慢去除
“这意味着我们可能低估了模型中气溶胶的间接影响，”法默说
“好消息是我们高估了不确定性——我们现在更了解粒子损失率
" 新的发现可以应用于各种不平坦的表面，从森林到草原，到农业区，甚至是波涛汹涌的大海
陆地上空更多的气溶胶效应 当将他们的发现整合到全球气溶胶效应模型中时，法默和她的合著者预测，在某些陆地地区，包括北美、欧洲、亚洲、南美、澳大利亚和撒哈拉以南非洲的部分地区，气溶胶效应将比以前假设的更大，而且海洋上空的气溶胶效应将降低
法默说:“事实证明，粒子在表面上的沉降速度对于预测辐射效应以及未来气候可能会是什么样子非常重要。”
他们的新数据还表明，我们低估了空气中对人类健康危害最大的气溶胶数量，小于2
5纳米(也称为PM2
5)，例如，这是野火烟雾中最常见的危险部分
“我们修正的[数]增加了表面PM2
5全球浓度11 %, 6
农民和她的合作者在他们的新论文中写道
这一点很重要，因为“接触PM2
5与呼吸和心血管疾病有关
" 这项研究的合著者包括杰弗里·皮尔斯，他是小沃尔特·斯科特大学大气科学系的副教授
工程学院，还有那里的博士后研究员凯尔西·比尔斯贝克；以及化学系的博士研究员伊森·爱默生、安娜·霍德希尔和霍莉·德伯特；博尔德汉迪克斯科技公司的加文·麦克默金
这项重要的工作也展示了现场测量技术的进步和影响力
“对我来说，这项工作最令人兴奋的方面是，我们能够对森林和草原进行真实的测量，并利用它们直接提高我们对气候系统的理解，”法默说
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