国际资讯｜利用卫星图像探索船舶排放对云层和全球温度的影响

来源：慧天地

当船只在海洋中航行时，它们会向低层大气排放大量的小颗粒（气溶胶）。在合适的条件下，这些废气微粒会产生被称为“船迹(Ship tracks)”的细长云型。几十年来，科学家们一直认为，这些云团的变化可能会通过影响到达地球表面的阳光数量来改变气候。

近日，研究人员首次在区域尺度上精确测量了船舶排放对云层的影响。华盛顿大学的科学家迈克尔·戴蒙德(Michael Diamond)和他的同事们研究了大西洋东南部一条连接欧洲、非洲南部和亚洲的繁忙航线十多年来的云层模式。 

研究小组使用卫星数据测量了运输航线范围内的云属性，并将其与没有运输活动的情况下估计的数据进行了比较。科学家们发现，航运活动增加了航道上空的云滴(cloud droplets)数量。这些云层使航道沿线的海面上每平方米在单位时间内所接受的太阳能减少了大约2瓦特（W/㎡，表示热通量密度/辐射照度/功率密度）。研究小组的结果与先前的计算机模拟研究结果一致，这些研究预测了由于运输而造成的巨大冷却效应。

大气科学家戴蒙德表示：“如果你查看一些交通繁忙的航运地区的卫星图像，当天气条件合适时，你可以清楚地看到这些船只行驶并释放出气溶胶的地方有明亮的云线。船迹是一个很好的例子，可以说明大气中微小的污染颗粒如何影响云的属性。然而，清晰可见的船迹只是冰山一角，因此我们的研究将着眼于航运如何在很长一段时间内（平均）影响云层属性。”

图1：2018年1月18日

上面的自然色图像（图1）显示了美国宇航局Aqua卫星上的中分辨率成像光谱仪（MODIS）于2018年1月18日观测到的东南大西洋上空的船迹。下图（图2）显示了该地区2003年至2015年云最多的月份（9月、10月和11月）的平均云滴浓度。图2左边的地图显示了NASA的Aqua和Terra卫星上的MODIS观测到的云滴浓度。图2右边的地图显示了没有运输活动的预期云滴浓度。预期值是根据附近未污染地区的统计数据计算得出的。然后，研究小组计算了两种情况下反射回太空的阳光数量的差异。该小组使用了来自NASA的云和地球辐射能系统（CERES）仪器的数据，这些仪器可以监测地球反射的太阳能和地球释放的热能。

图2:2003-2015年

戴蒙德解释说道：“船舶产生的气溶胶在大气中形成“种子”，水蒸气可以吸附这些种子并凝结成小的云滴。这些较小的水滴使云层变得更明亮，从而反射更多的阳光，在地球表面产生局部的冷却效应。”

该研究的合著者、华盛顿大学的汉娜·狄瑞科特(Hannah Director)表示：“这种变化在区域范围内很小，但如果同样的现象发生在世界各地，那就足以影响全球的气温。当研究小组将他们的研究成果扩展到整个地球时，他们发现所有来自工业污染源的低洼云层的变化可以在全球范围内固定时间每平方米阻挡大约1瓦特的能量。具体来说，到目前为止，工业活动产生的温室气体热量大约为固定时间每平方米3瓦特。”

戴蒙德表示：“由工业污染引起的云团变化所产生的全球降温效应，强度大约是温室气体增加所造成的变暖效应的三分之一。即使这些船舶排放物有短期的冷却效果，它们也会造成其他问题。例如，船舶尾气中的污染物对人体健康有不利影响，同时也会增添大气中的二氧化碳含量。”

为这项研究开发的算法可用于研究世界各地的其他人为污染源。戴蒙德表示：“我们可以使用类似的方法来确定其他人为来源的气溶胶的影响，比如发电厂。我们可以模拟有或没有（各种）人类活动的世界，从而更好地了解人们对地球气候的影响。”

备注：NASA地球观测站图像由Lauren Dauphin提供，使用的数据来自Diamond, Michael, etal. (2020)。MODIS图像由Jeff Schmaltz, LANCE/EOSDIS Rapid Response提供。

参考资料：

AGU (2020, March 24) Ships’ Emissions Create Measurable Regional Change inClouds. Accessed June 8, 2020.

Diamond M. S., et al(2020) Substantial Cloud Brightening From Shipping in Subtropical Low Clouds.AGU Advances, 1 (1) 

NASA EarthObservatory (2013, February 8) A Satelliteâs View of Ship Pollution. 

NASA EarthObservatory (2019, July 8) Finding Hidden Ship Tracks. 

NASA EarthObservatory (2018, January 21) Signs of Ships in the Clouds.