原文作者：Joyce E. Penner
气溶胶颗粒在多大程度上减缓了气候变暖？本文作者提出了下一步观测和建模协作的新方向。
尽管温室气体或许是地球敏捷变暖的元凶巨恶，但空气中的颗粒物也起到了必定的效果。烟尘、粉尘、硫酸盐和其他气溶胶既能让大气升温也能降温。尽管政府间气候改变专门委员会（IPCC）的第一份研讨报告发布已近30年，气溶胶对气候的影响终究有多大仍是未知数[1,2]。这些颗粒物也是导致不确认性的主要原因。
美国亚利桑那州菲尼克斯的沙尘暴。
来历：Daniel J Bryant/Getty
气溶胶缘何如此神秘莫测？首要，从火焰发生的烟雾到植物开释的分子都归于气溶胶，它包含林林总总的细小颗粒物（拜见“气溶胶与气候”）。
其次，不同品种的气溶胶对气候的影响有很大差异。深色的烟尘会吸收阳光并使空气变暖。化石燃料焚烧或火山喷射开释的二氧化硫会构成由硫酸颗粒物组成的雾，而这种雾会反射阳光，下降全球温度。硫酸盐颗粒充当了水汽凝聚核，然后构成了云并添加了颗粒物的反射率。
Adapted from https://go.nature.com/2whhzh2
第三，气溶胶混合物的行为难以猜测。烟尘带来的暖化效果是否会阻挠龌龊空气中的硫酸盐颗粒周围构成云？云层上方有多少吸收性强的颗粒物，能够阻拦入射和反射的阳光？
第四，气溶胶的寿数时刻短。相较于在大气中一呆便是几百年的二氧化碳，气溶胶的寿数只要几天或几周。这意味着它们即便继续不断地进入大气，也不会像二氧化碳相同快速累积。此外，这些气溶胶在水平缓笔直方向上的散布也会随时刻动摇。
不同的气候模型在气溶胶的根本性质及其相互效果方面都存在不合[1]。例如，这些模型无法精确猜测颗粒物会怎么改动云中液态水的含量和散布。
研讨人员需求经过协作来确认气溶胶对气候的影响，然后下降在猜测温室气体导致气候变暖时的不确认性。以下三方面的研讨进展将能在未来十年内脱节这种不确认性。
01
确认颗粒物的要害性质
对世界各地气溶胶散布的盯梢还不行。下一步需求在露出于不同来历颗粒物的区域进行更多的现场实验，具体剖析气溶胶颗粒的巨细、成分和数量。空中查询很有用，应当得到推行，如在不同纬度对海面上方气溶胶进行采样的大气层析成像使命（ATom）项目[3]。一同，卫星能够在较大的区域规模内制作颗粒物层的厚度，但它们无法区别不同的颗粒物，也无法穿过云层进行透视。此外，它们在辨认较大的气溶胶颗粒时经常会犯错，例如将吸湿胀大的硫酸盐辨认为水滴。
人们对大气中发生或改动气溶胶的要害性反应也知之甚少。例如，植物会开释出萜烯及其他会在空气中氧化的挥发性有机物。氧化构成的产品挥发性低于原始组分，并或许凝聚构成更多的气溶胶。化石燃料焚烧也或许发生有机气溶胶，但氧化或焚烧导致的产品数量一向不甚明晰。
气溶胶混合物的性质和它们行为的阈值亦有待研讨。例如，烟尘和粉尘需求与多少硫酸盐混合才干构成液滴？一同，低挥发性气体怎么生成颗粒物，然后不断成长并与其他气溶胶混合，以抵达可影响云层液滴的尺度？
添补以上数据空白，需求在清洁空气和含有不同来历颗粒物的被污染空气平分别展开更多的现场实验。实验室研讨能加深对这一进程中物理化学反应的了解。
该气溶胶模型显现了在旋风中的海盐漩涡（蓝色）、火灾开释的碳颗粒（赤色）和沙漠沙尘（紫色）。来历：美国宇航局地球观测站/ Joshua Stevens / GEOS / NASA GSFC
02
剖析云遭到的影响
云的反射率和冷却才干取决于它们的厚度、掩盖面积和含水量。气溶胶能够生成云，但它们添加云层含水量的程度取决于气候条件。例如，在对流或湍流中，随湿润空气从地面升起的云层颗粒物，周围会凝聚更多的水。而那些与枯燥空气一同下沉的颗粒物中，水会凝聚得更少。
研讨人员需求澄清温度、风、湿气和气溶胶对云的影响。首要需求确认某些类型云的要害构成条件，然后研讨洁净和被污染空气中来历相似的云有何差异。现在，大多数研讨都会集在海洋上空的云层。在那里，信风积云和层积云[4]反射了大部分抵达地球的阳光。但是，海洋上空其他区域的云和大陆上方低空区域集合的云层也亟待研讨。
关于气溶胶怎么在“混合相”云、深层对流和卷云中影响冰晶构成，相同需求探究。在不同条件下，气溶胶能够让这些云或多或少地带有反射性。在已被污染的空气中添加粉尘、烟尘或通明的有机颗粒物含量会添加冰晶的数量，然后增强冷却效应。但是当很多雾状颗粒（如硫酸盐）占主导地位时，状况正好相反。对世界各地的清洁空气和被污染空气中构成的云的冰晶数量和浓度进行观测，将有助于澄清楚这些影响。
03
改善模型表现
观测成果提醒了气溶胶粒子巨细、气溶胶层厚度和云中液滴浓度之间的联系。例如，粗颗粒和厚云层发生更高浓度的液滴，然后反射了更多的阳光。但这些联系在模型中没有得到精确的表现[5]。
为何有的模型能够精确描绘调查成果？找出其间原因就能加快研讨进展（拜见“不确认的未来”）。一些模型使用了高度简化的描绘，通常以三种尺度规模和不同份额的化学组分对颗粒物进行模仿。此外，剖析气溶胶成分、巨细和数量与云层液滴联系的公式或许需求改善，一些模型对云层的掩盖规模和厚度的处理有时也不甚恰当。
来历：Joyce E. Penner
模型分辨率也需求进步，才干更具体地追寻一切微观和微观进程。区域模型能够以高于全体模型的分辨率运转。将模型成果与观测成果相比较，就能提醒更多的进程，例如非洲生物质焚烧发生的气溶胶在高空的混合怎么影响沿海区域的云层[6]。
模型和观测之间的比较亦十分重要，包含对有火山和无火山爆发排放的区域[7]以及气候形式相似的有污染和无污染区域进行研讨[8]。对地球能量平衡（能够在半球或区域尺度上）随时刻的改变状况[9]，以及其他类型的观测（如反射的太阳辐射，地表辐射和气溶胶特征）进行核算和比较也会有所协助。
参考文献：
1.Boucher, O.et al. in Climate Change 2013: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change(Stocker, T. F.et al., eds). 571–657 (Cambridge Univ. Press, 2013).
2.Regayre, L. A.et al. Atmos. Chem. Phys.18, 9975–10006 (2018).
3.Kupc, A., Williamson, C., Wagner, N. L., Richardson, M. & Brock, C. A.Atmos. Meas. Tech.11, 369–383 (2018).
4.Rosenfeld, D.et al. Science363, eaav0566 (2019).
5.Quaas, J.et al. Atmos. Chem. Phys.9, 8697–8717 (2009).
6.Lu, Z.et al. Proc. Natl Acad. Sci. USA115, 2924–2929 (2018).
7.Malavelle, F. F.et al. Nature546, 485–491 (2017).
8.Penner, J. E., Zhou, C. & Xu, L.Geophys. Res. Lett.39, L13810 (2012).
9.Murphy, D.et al. J. Geophys. Res.114, D17107 (2009).
原文以Soot, sulfate, dust and the climate — three ways through the fog为标题
发布在 2019年 6月 11日《天然》谈论上
