安东尼·金，来自地平线杂志，地平线:欧盟研究和创新杂志 在污染区域形成的云与在沙漠尘埃等自然粒子周围形成的云具有不同的特性
信用:Pixabay/Pixabay许可证 围绕大气层旋转的粒子加剧了气候变化，然而它们如何与阳光相互作用并影响云层的形成仍然令人困惑
通过从喷气式飞机、卫星和地面测量中分析这些微小粒子，研究揭开了这些微小粒子是如何影响像气候这样大的事物的
气候变化的主要原因是大气中二氧化碳水平的上升
自工业革命开始以来，这种上升一直在发生，我们现在对这种气体的行为、吸热和地球变暖有了很多了解
对气候更神秘的影响来自悬浮在空气中的颗粒——或气溶胶
尤其重要的是黑碳，从燃烧的植物和交通烟雾中飘出的烟灰
这种黑色物质是导致气候变化的第二大因素
但是它和二氧化碳非常不同
奥地利维也纳大学大气和气溶胶科学家伯纳黛特·魏因齐尔教授解释说:“二氧化碳在空气中停留数百年，而黑碳只在大气中存活数周。”
二氧化碳是一种混合非常好的气体，其浓度在那不勒斯和夏威夷几乎相同
另一方面，大气中气溶胶粒子的数量和类型取决于你看的地方
粒子类型的效果也不同
黑碳吸收热量，使空气变暖
矿物粉尘吸收光，但没有那么强
其他一些粒子将光线从地球反射出去
科学家们必须进行一项簿记工作，将一些粒子使地球变暖的总量相加，减去其他粒子使我们的星球变冷的总量
使情况变得复杂的是，粒子孕育了水滴，最终形成云
粒子的类型会影响这些云的特性
污染物质 教授
在一个名为“生命”的项目中，魏因齐尔跟踪人造污染物和大气中沙漠中的灰尘等自然颗粒
为了对漂浮在我们天空中的东西进行采样，项目科学家从地中海东部的德国航空航天中心发射了双引擎达索猎鹰20号
在2017年的22次飞行中，这架飞机在空中对塞浦路斯上空和周围盘旋的粒子进行了分析
东地中海是一个理想的地点，因为它含有来自生物质燃烧的烟尘、来自撒哈拉沙漠和阿拉伯沙漠的灰尘以及来自交通和工业废气的硫酸盐和黑碳
这架飞机低至300米，高至12公里
它还使用激光跟踪空气中的粒子
研究飞机上的专业仪器意味着科学家可以收集不同高度的空气样本进行分析
信用:伯纳黛特·魏因齐尔 教授
魏因齐尔观察到，当存在大量灰尘时，即使是当地的天气预报也往往不太准确
同样，这样的粒子会模糊对气候的预测
这位奥地利教授还参加了美国国家航空航天局的一架研究飞机的实验，该飞机从北极飞到太平洋中部，到达南极洲的外缘，然后返回大西洋
这项任务使她能够将远离人类影响的原始天空中的粒子鸡尾酒与东地中海高度污染的天空中的粒子鸡尾酒进行比较
教授
魏因齐尔在大气层中发现了比预期更多的大颗粒，如矿物粉尘
教授说，即使在北半球非常远离源头的地区，空气中也经常发现10到20微米的粒子
魏因齐尔
相比之下，人的头发直径为100微米，而黑碳由直径小于1微米的颗粒组成
另一方面，大气中存在的黑碳比教授预期的要少
“我们发现模型中对流层上部的黑碳比我们在自然界中发现的要多，”她说
“那时，黑碳带来的变暖比模型预测的要少
" 一种解释可能是，比模型预测的更多的黑碳被雨水冲刷出大气层
云 气溶胶粒子对云的形成至关重要，不同类型的粒子会影响云的行为
英国牛津大学大气物理学教授菲利普·施蒂尔说:“每一个单独的云滴通常都是由气溶胶粒子形成的，因为在大气条件下云不能由纯水形成。”
云滴可以从植物发出的分子、火山喷出的含硫化合物或汽车排气管排出的烟灰等周围开始
但是气溶胶和云形成的科学是令人困惑的——气溶胶的特性很重要
“你需要知道它们的大小、成分以及它们是如何混合在一起的，”教授说
施蒂尔
例如，漂浮的海盐能快速吸收水分，而纯黑碳则倾向于排斥水
云本身将根据它们是如何被播种的而不同
“污染区域的云通常会从更多的气溶胶开始，从而形成更多的液滴，”教授说
施蒂尔
最终，围绕微小人造粒子形成的云通常会有更多的水，更小的水滴
围绕盐或沙漠尘埃形成的云通常包含较少的液滴，但每个液滴——像它们周围形成的粒子一样——都更大
“如果空气非常干净，那么云滴通常会开始变得更大，这些云很容易被淋湿，”教授补充道
施蒂尔
“但真正的问题是气溶胶如何在更大范围内影响降水
" 教授
魏因齐尔加入了美国国家航空航天局的研究飞机，从北极飞往南极洲，然后返回，比较世界不同地区的空气微粒鸡尾酒
信用:伯纳黛特·魏因齐尔 含有污染物气溶胶的云含有更多的水滴，看起来更亮
这反射光，冷却大气
“也有可能是这种云寿命更长，”教授说
施蒂尔说，但这些影响仍不确定
" 气溶胶粒子和云给气候预测带来了不确定性
它们在计算方面的复杂性和困难意味着科学家们仍在努力理解微观尺度和大尺度的云
但是正在取得进展
教授
施蒂尔研究了气溶胶是如何影响对流云的，这是“欢呼”项目的一部分
当暖空气上升时，对流云形成，包括你可能在夏天看到的蓬松的积云
他们在气候模型中表现不佳，教授表示
施蒂尔，但新的静止卫星有助于更好地跟踪它们
热 教授
施蒂尔现在正在一个名为“回顾”的项目中调查我们天空中的气溶胶粒子是如何影响降雨的
他在小范围内和广阔的云层中研究大气的能量平衡
例如，下雨时，潜热释放到大气中
大气的能量平衡是变化的
“在热带地区，我们实际上获得了降水的局部增强(由吸收气溶胶，如黑碳引起)，”教授说
施蒂尔解释说，“但是在中纬度地区，地球自转产生的影响更大，而且转移能量并不容易，我们的降水量会大幅减少。”
" 施蒂尔教授正在使用人工智能来处理和理解大量收集的数据，这些数据是关于粒子在云和降雨中的运动和影响的
与此同时，魏因齐尔教授的团队继续分析人工生命数据
奥地利小组开发了新的方法，包括用于原子飞行的智能云算法
“它会查看数据，然后判断你是在云内还是云外，”教授说
魏因齐尔说，还有‘关于云的类型
" 发现越来越多
教授
魏因齐尔证实，黑碳在高层大气中的寿命比气候研究中假设的要短
此外，她的团队还发现了一种天然硫化合物对海洋大气中云的形成很重要
他们还帮助揭示了热带上空大气中新形成的粒子有助于云层凝结并降落到大气中
理解粒子如何影响云——最终影响气候——对科学家来说是一个巨大的障碍
但是，通过更好地测量粒子和更好地理解它们的相互作用以及对云和气候的影响，他们正在克服这个障碍
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