气候变化和野火可能会增加臭氧空洞

在北极马赛克期间的RV极地stern。
(c)Hannes Gresche,Tropos

来自野火的烟雾可能会增加大气层的上层臭氧耗尽,从而进一步扩大了北极上的臭氧孔。这根据国际马赛克探险的数据认可,该数据在2019/20年度研究了北极周围的地区。很可能在极地地区的较低平流层和强烈臭氧耗尽中,异常高温,严重干旱和增加野火之间的联系可能很可能。

莱布尼茨对流层研究所(TROPOS)领导的一个国际研究小组在《大气化学与物理》(ACP)杂志上写道,如果这一假设得到证实,它将为关于气候变化后果的辩论增加一个新的方面。

最近北极臭氧水平创下历史新低的原因,此前被认为是由于盛行风系统的变化导致极地涡旋温度降低,极地涡旋是北极平流层中海拔15至50公里的低气压区。随着对北极北部针叶林野火产生的烟雾的检测,新的假设强调了气候变化的新影响,它也可能通过复杂的反馈机制对欧洲、北美和亚洲的邻近地区的健康产生影响。

马赛克极夜期间海洋et容器的激光雷达。
(c) Ronny Engelmann, TROPOS

新的假设是基于各个地方测量气溶胶测量的广泛评估:当时德国破冰船偏光在北极的北极冰飘过的北极的冰飘过的北极的冰川飘落时,核心作用是核心作用2019年,历史上最大的极地探险历史上有超过20多个国家的亥姆霍兹极地和海洋研究中心(Alfred Wegener Institute - AWI)的领导下,还包括对大气的广泛研究。首次,在冬季半年内,北极中央北极地区的气溶胶和云的连贯性,垂直解决的视图,得到了30公里的海拔。为此,RoTOS的多波长LIDAR在研究破冰船上测量了空中层。在369天内,将6.4亿激光脉冲送入天空中,收集了112千兆字节的数据。来自北极周围的北极中心的数据由南伯根州纽约州纽约州纽约州的AWI的Koldewey Aerosol拉曼Lidar(Karl)的LIDAR数据补充。

北极上空的烟从何而来?

北极上空的大气一直被认为是非常干净的,因为北极圈以北地区人口稀少。研究用破冰船北极星2019/20号的考察首次洞察了一个以前无法进行研究的世界,也让大气研究人员感到惊讶:“从2019年9月底MOSAiC在北极探险的第一天起,我们观察到一个明显的气溶胶层,在当地对流层正上方约10公里的高度有一个宽的最大值。根据我们的拉曼激光雷达观测,该层在大约12-13千米的高度有明显的野火烟雾特征。与莱比锡和纽约-Ålesund的连续激光雷达测量结果进行对比后发现,自2019年8月以来,许多粒子已经在这个高度盘旋,这不能仅仅用2019年夏季太平洋莱科克火山爆发来解释。”Ronny Engelmann博士报告说,他是TROPOS五名研究人员中第一个监督RV北极星上的激光雷达测量的人。烟雾粒子反射激光雷达的激光与火山喷发的粒子不同。使用所谓的反向轨迹对气流的分析指出,2019年7月和8月,西伯利亚中部和东部发生了异常强烈和持久的野火,当时贝加尔湖附近的森林烧毁了约1000 × 2000公里的大面积森林。后来对卫星图像的分析显示,2019年西伯利亚的火灾季是过去20年来最严重的一次。

因此,西伯利亚的夏季野火使得中央北极地流层中的气溶胶浓度在冬季半年期间增加了十倍。烟雾颗粒在气候系统的平流层中的确切效果仍然很大程度上是未开发的。一方面,辐射助焊剂可以改变,另一方面,气溶胶可以用作冰成核细胞核,因此形成卷云云。

烟雾颗粒如何达到10公里的海拔高度,典型的洲际航班的海拔高度?

所谓的火云(pyrocumulus,简称pyroCb)来自较温暖的地区,在那里,来自地面的火的热量是如此之强,以至于空气会像升降机一样向上输送,把烟带到平流层。这些“抬升云”也在2019年澳大利亚或2020年北美西海岸的灾难性火灾中被观察到。然而,2019年夏天,西伯利亚火灾地区并没有出现强雷暴。“因此,我们怀疑,由于阳光的照射,黑色的碳质烟雾颗粒变得非常温暖,以至于它们周围的空气慢慢上升。这是在数公里内高效垂直运输的唯一合理解释,”TROPOS的Kevin Ohneiser解释道,他正在他的博士论文中研究野火对大气的影响。所谓的“自升过程”在大火灾后被报道过几次——但只出现在平流层的烟雾层,即海拔10千米以上。据我们所知,文献中还没有关于对流层中,即在10千米以下的自升过程的报道。没有强风的平静天气条件可能是对流层中这种现象的最重要条件之一,如果我们的观测得到证实,这可能是我们第一次记录到的。”

烟雾和臭氧空洞有什么关系?

人们已经知道,一个强大的、长期的极地涡旋会导致强烈的臭氧消耗:极地涡旋是一个在平流层15到50公里高度的巨大的低压区,这确保了非常低的温度。在零下78°C的温度下,带有冰晶的极地平流层云(PSC)就会形成。这些云颗粒为化学反应提供了表面,产生氯化合物,和溴一起暴露在阳光下,消耗臭氧。这种反应也可以在硫酸盐颗粒的表面上发生。它们可能发生在火山爆发期间,火山爆发将二氧化硫输送到平流层:早在1990年代初,在皮纳图博火山大爆发后的第一个冬天,中欧上空就可以检测到臭氧损失高达30%。

在马赛克探险期间,强大的冷酷和持久的极地漩涡从1月到2020年到4月到4月到4月的RV偏光的15公里高度的北极气氛。2020年的北极春天的特点是非常冷的温度和最强的北极极性漩涡过去40年来导致了较低平流层中极地平流层云和极端臭氧消耗的历史:3月/ 4月的评估来自北极不同部位的臭氧声音显示出在18公里的高度下降。没有蒙特利尔议定书,根据科学期刊ACP同时发表的其他研究人员,2020年北极地区在2020年北极的极端臭氧损失可能使甚至在南极中的一个像南极中的一个明显更大的臭氧孔。

常规臭氧剖面测量表明,在高度15至20公里处不仅有一层极低的臭氧浓度,而且在高度10至15公里处也明显低于平均臭氧水平。TROPOS的Albert Ansmann博士强调说:“我们发现平流层最低部分出现的野火烟雾与异常强烈的臭氧损耗之间存在明显的联系。”

现在从马赛克探险的数据显示,烟雾在极地地区的气氛中可能会持续很长时间,甚至少量可能会破坏这种敏感的生态系统。人类活动可以对大气层的上层产生巨大的影响,从而产生北极的气候,即使在很远的距离。结果特别重要,因为野火越来越被理解为气候风险:政府间气候变化小组(IPCC)的最新报告2021年8月所述,野火的天气条件在上世纪变得更加可能,并期望了火灾频率进一步增加全球变暖。Tilo Arnhold.

出版物:

Ohneiser,K.,Ansmann,A.,Chudnovsky,A.,Engelmann,R.,Ritter,C.,Veselovskii,I.,Baars,H.,Gebauer,H.,Gresche,H.,Radenz,M。,Hofer,J.,Althausen,D.,Dahlke,S.和Maturilli,M .:在马赛克2019-2020的高北极冬季平流层中意外的烟雾层,Atmos。化学。物理。,21,15783-15808,https://doi.org/10.5194/acp-21-15783-2021,2021. <发布:2021年10月22日>

Engelmann,R.,Ansmann,A.,Ohneiser,K.,Gresche,H.,Radenz,M.,Hofer,J.,Althausen,D.,Dahlke,S。,Maturilli,M.,Veselovskii,I.,Jimenez,C.,Wiesen,R.,Baars,H.,Bühl,J.,Gebauer,H.,Haarig,M.,Seifert,P.,Wandinger,U.和麦克,A .:野火烟雾,北极在马赛克期间北极区域对混合相和卷云的雾化和气溶胶效应:引言,大气。化学。物理。,21,13397-13423,https://doi.org/10.5194/CAP-21-13397-2021,2021. <已发布:09 9月2021年9月>

该数据作为国际远征马赛克的一部分制作(北极气候研究的多学科漂移天文台(#MOSAIC20192020&#AWI_PS122_00)。由欧盟资助(地平线2020(#H2020-INFRAI​​A-2014-2015)&Actris-2集成了活动(#654109)和德国研究基金会(DFG)在跨越协作研究中心的“北极放大:气候相关的大气和表面流程,以及反馈机制(AC)3”(#268020496 - TRR 172)。俄罗斯科学基金会(#16-17-10241)支持分析POLLY数据的LIDAR反转算法的开发。

媒体联系人:

艾伯特博士Ansmann
莱布尼茨对流层研究所(TROPOS)地面遥感工作组组长
电话:+49 341 2717-7064
https://www.tropos.de/en/institute/about-us/employees/albert-ansmann

凯文·霍尼斯勒
博士生,工作组基于地面遥感,莱布尼兹对流层研究所(Tropos)
电话:+49 341 2717-7413
https://www.tropos.de/en/institute/about-us/employees/kevin-ohneiser.

Ronny Engelmann博士/ Hannes Griesche博士/ Martin Radenz博士/ Julian Hofer博士/ Dietrich Althausen博士
Tropos Lidar团队马赛克探险,莱布尼兹对流层研究所(Tropos)
电话:+49 341 2717-7315,-7401,-7369,-7336,-7063
https://www.tropos.de/institut/ueber-uns/mitarbeitende/ronny-engelmann.
https://mosaic-expedition.org/profile/hannes-griesche/
https://dacapo.tropos.de/index.php/team/9-tropos/3-martin-radenz.
https://www.tropos.de/institut/ueber-uns/mitarbeitende/julian-hofer
https://www.tropos.de/institut/ueber-uns/mitarbeitende/dietrich-althausen.

Tilo Arnhold, TROPOS公共关系部
电话:+49 341 2717-7189
https://www.tropos.de/en/current-issues/press-releases

更多信息:

“新北极”的独特视角:国际马赛克探险成功完成(新闻发布,2020年10月12日):
https://www.tropos.de/en/current - issues/campaigns/blogs和reports/mosaic - 2919。

莱比锡的参与马赛克:
https://www.tropos.de/mosaic/

马赛克探险
https://www.mosaic-expedition.org/

“北极气候变化”
http://www.ac3-tr.de/

Leibniz Troperic Research研究所(Tropos)是Leibniz协会的成员,它通过经济学,空间和社会科学与人文学科,通过经济学,空间和社会科学提供97个独立的研究机构。莱布尼替院校地址社会,经济和生态相关问题。他们开展知识驱动和应用基础研究,维护科学基础设施,提供基于研究的服务。
莱布尼茨协会确定了向决策者、学术界、商界和公众转移知识的重点领域。莱布尼茨研究机构与大学密切合作——例如,以“莱布尼茨科学研究”(大学和非大学研究机构之间的专题伙伴关系)的形式——以及与国内外的工业界和其他伙伴进行合作。
它们受到透明度无与伦比的独立评价程序的制约。由于这些机构对整个国家的重要性,它们由联合会和Länder联合资助,雇用了大约20,500人,包括11,500名研究人员。
所有研究所的预算约为20亿欧元。它们由联邦政府和Länder联合资助。因此,莱布尼茨对流层研究所(TROPOS)的基本资金由联邦教育和研究部(BMBF)和撒克逊州科学和艺术部(SMWK)提供。在撒克逊州议会批准的预算基础上,该研究所由税收收入共同资助。
https://www.leibniz-gemeinschaft.de/en/home/
https://www.bmbf.de/en/index.html
https://www.smwk.sachsen.de/

Weitere信息:

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