地球上最干凈空氣的奧秘終于可以解釋了

南大洋以擁有地球上最干凈的空氣.但直到現(xiàn)在，確切的原因仍然是個(gè)謎。

它不僅僅是一個(gè)缺乏人類活動(dòng).是的，那里使用工業(yè)化學(xué)品和燃燒化石燃料的人越來(lái)越少。但也有細(xì)顆粒的天然來(lái)源，例如海浪中的鹽分或被風(fēng)吹起的灰塵。

無(wú)論來(lái)源如何，懸浮在空氣中的細(xì)小固體顆?；蛞旱味急环Q為“氣溶膠”。我們認(rèn)為清潔空氣的氣溶膠含量較低，不區(qū)分自然或工業(yè)來(lái)源。

我們最近的研究發(fā)現(xiàn)的云和雨在清潔大氣方面起著至關(guān)重要的作用。

了解云和雨的作用

南大洋的氣溶膠水平受到一系列因素的影響。這些因素包括鹽霧量和稱為浮游植物的微小植物狀生物生長(zhǎng)的季節(jié)性變化，浮游植物是空氣中硫酸鹽顆粒的來(lái)源。

少硫酸鹽在冬季產(chǎn)生，這是南大洋上空空氣最原始的時(shí)候。

但這還不是全部。南大洋也是地球上云量最多的地方。它經(jīng)歷了短暫的、零星的陣雨，這是其他地方所沒(méi)有的。我們想了解云和雨在凈化空氣中的作用。

了解這些過(guò)程的最大障礙一直是在這個(gè)觀測(cè)不足的地區(qū)缺乏對(duì)云、降雨和氣溶膠的高質(zhì)量觀測(cè)。

值得慶幸的是，新一代衛(wèi)星使我們能夠以前所未有的細(xì)節(jié)研究云的圖像。我們開(kāi)發(fā)了一個(gè)計(jì)算機(jī)程序來(lái)識(shí)別南大洋廣大地區(qū)的不同云模式。

特別是，我們一直在云場(chǎng)中尋找獨(dú)特的蜂窩狀圖案。這些蜂窩狀云非常有趣，因?yàn)樗鼈冊(cè)谡{(diào)節(jié)氣候方面發(fā)揮著重要作用。

當(dāng)蜂窩細(xì)胞充滿云或“關(guān)閉”時(shí)，它會(huì)更白、更亮，將更多的陽(yáng)光反射回太空。因此，這些云有助于保持地球涼爽。

另一方面，空的或“打開(kāi)的”蜂窩細(xì)胞可以讓更多的陽(yáng)光照射進(jìn)來(lái)。

這些錯(cuò)綜復(fù)雜的問(wèn)題仍然是一個(gè)地球氣候建模的誤差來(lái)源因?yàn)樗鼈儧](méi)有被正確地包括在內(nèi)。正確平衡開(kāi)放和封閉單元很重要，否則結(jié)果可能會(huì)相差甚遠(yuǎn)。

蜂窩細(xì)胞是打開(kāi)還是關(guān)閉也與它們可以產(chǎn)生的降雨量有關(guān)。

這些細(xì)胞足夠大，可以從太空中看到，直徑約為40-60公里。因此，我們可以使用衛(wèi)星圖像來(lái)研究它們。

鑒于本月推出的Kennaook/Cape Grim的云和降水實(shí)驗(yàn)在塔斯馬尼亞。它旨在獲得有關(guān)云、雨和陽(yáng)光的更高分辨率數(shù)據(jù)。

從天空中清除氣溶膠

我們將蜂窩狀云的模式與Kennaook / Cape Grim天文臺(tái)的氣溶膠測(cè)量值以及氣象局從附近雨量計(jì)的降雨量觀測(cè)值進(jìn)行了比較。

我們的結(jié)果表明，空氣最清潔的日子與開(kāi)放蜂窩云的存在有關(guān)。我們認(rèn)為這是因?yàn)檫@些云會(huì)產(chǎn)生零星但強(qiáng)烈的陣雨，這些陣雨似乎將氣溶膠顆粒從空氣中“沖走”。

這有點(diǎn)違反直覺(jué)，但事實(shí)證明，與充滿云的蓬松白色封閉細(xì)胞相比，開(kāi)放的細(xì)胞含有更多的水分并產(chǎn)生更多的雨水。我們發(fā)現(xiàn)開(kāi)放的蜂窩云產(chǎn)生的降雨量是封閉云的六倍。

因此，衛(wèi)星看起來(lái)不那么多云的天氣實(shí)際上觸發(fā)了最有效的陣雨來(lái)沖走氣溶膠。而填充或封閉的蜂窩圖案看起來(lái)更渾濁，效果較差。這是我們研究結(jié)果中更令人驚訝的方面之一。

我們發(fā)現(xiàn)空蜂窩在空氣最干凈的冬季更為常見(jiàn)。

我們還想知道是什么讓云場(chǎng)看起來(lái)像現(xiàn)在這樣。我們的分析表明，大規(guī)模天氣系統(tǒng)控制著云場(chǎng)的模式。當(dāng)肆無(wú)忌憚的風(fēng)暴橫掃南大洋時(shí)，它們會(huì)產(chǎn)生這些開(kāi)放和封閉的細(xì)胞。

新鮮空氣和更好的氣候模型

我們的研究為為什么南大洋擁有世界上最清潔的空氣的謎題增添了新的一環(huán)。降雨是關(guān)鍵，尤其是來(lái)自這些清晰、開(kāi)放的蜂窩狀細(xì)胞型云的降雨。我們是第一個(gè)發(fā)現(xiàn)他們真正負(fù)責(zé)清理所有流經(jīng)南大洋的空氣的人。

這些蜂窩狀圖案在冬季也出現(xiàn)在北大西洋和北太平洋地區(qū)。因此，我們的工作也將有助于解釋這些云如何去除這些地方的氣溶膠，包括灰塵和污染。我們的研究結(jié)果將有助于改進(jìn)氣候模型，實(shí)現(xiàn)更準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)。

雨水將氣溶膠從天空中沖刷出來(lái)，就像洗衣機(jī)清洗衣服一樣。

冷鋒通過(guò)后，空氣是干凈的。如果你在澳大利亞的南海岸過(guò)冬，你可以呼吸到這種新鮮空氣從南大洋吹來(lái)的好處。

我們要感謝CSIRO、ANSTO和氣象局對(duì)這項(xiàng)研究的寶貴貢獻(xiàn)。

Tahereh Alinejadtabrizi，博士生，莫納什大學(xué);史蒂文·西姆斯，云微物理學(xué)教授，莫納什大學(xué)和黃毅，氣候科學(xué)高級(jí)講師，墨爾本大學(xué)

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