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新研究发现,烟雾可能会影响云层降低降雨概率

国家地理中文网
2021-09-17
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撰文:ALEJANDRA BORUNDA

一项新的研究发现,烟雾可能会影响云层,降低降雨的可能性,不利于缓解干旱,这可能会触发一个非常可怕的循环。

2021年8月18日,加州北部科珀维尔(Coppervale)附近,一架消防直升机飞越浓烟。截至8月22日,这场大火已经烧毁了超过29万公顷的土地,摧毁了1259座建筑,而且火势还在继续扩大。摄影:PATRICK T. FALLON, AFP/GETTY

2018年夏天,美国西部经历了有史以来最严重的火灾季节,天空中弥漫着滚滚浓烟。大气科学家Cynthia Twohy和同事们花了数周时间研究这些烟雾,他们驾驶着一架巨大的C-130研究飞机穿过烟柱,由于烟雾异常浓厚,飞机内部的光线有时会变得昏暗。

“你甚至看不到外面的云层,烟雾颗粒的密度太浓了,”在西北研究协会工作的Twohy说道。她猜测,所有这些烟雾一定会对在西部焦土上方形成的云层产生影响。

根据她和同事最近发表在《地球物理研究快报》上一项研究,事实的确如她猜测的那样:烟雾颗粒更紧密地与小水滴结合在一起,使一些云变得更浓厚——这意味着其中的水不太可能以雨的形式落下。

研究小组没有直接将云层的变化与西部持续的干旱联系起来。但令人担忧的是,在极度干燥、火灾频发的西部,像这样的反馈循环可能会使旱情以及火灾周期变得更糟。

Twohy表示,目前非常清楚的是,“正是这些烟雾颗粒让云层变成了这样”——颗粒与水滴的结合使得云层不太可能降雨。

颗粒越多,雨就越少

当大气中的水蒸气围绕着漂浮在空气中的微小颗粒凝结成水滴时,云就形成了。

但是空气中的水是有限的,尤其是在美国西部干旱地区的夏季。如果那一点点水只有少数的粘性颗粒可以吸附,最终水会聚集在这些小颗粒上,形成大水滴。但如果有很多小颗粒,水就会扩散,形成一个由微小水滴组成的明亮云团。

烟柱中是不乏颗粒的。一场大火吞噬了所经之处的一切东西,并将碎屑抛向高空:黑色的、烧焦的等等。这些深色颗粒通常会聚集成直径约为100纳米的小团,大约是一粒细玉米淀粉的大小,这正好是形成云滴的合适尺寸。

早在2018年,Twohy和同事就直接从飞机外的空气中收集了云滴。果不其然,他们发现烟雾云的水滴数量是无烟云的五倍,大小大约是无烟云中的一半。

这种情况其实并不奇怪,尽管科学家此前没有从烟雾改变的云层中收集过水滴。云层的这种转变并不是件好事,因为由小水滴组成的云不太可能下雨——水滴的重量不足以落到地面,只能悬浮在空中。

“当云滴太小时,可能就不会下雨,”加州喷气推进实验室的大气科学家Jonathan Jiang说道。

烟雾抑制了雨水

科学家们已经在其他地方看到了这些影响的证据,但不是通过直接从空气中收集云滴,也不是在像美国西部这样受干旱困扰的土地上。例如,亚马逊、非洲南部和印度尼西亚的火灾,都会将巨大的烟柱推向大气层,而这些细小的颗粒在那里的作用与美国西部的相同——制造出密布着细小水滴的云,锁住云中的水分。

火灾还会影响大气本身。烟雾颗粒是深色的,所以它们能吸收阳光,使自己和周围的空气变热。与此同时,它们协助形成的密度较大的云层很明亮,所以会反射大量阳光,从而防止阳光加热地面。

这样一来,烟雾减少了温暖的地面和高处的冷空气之间的温差。而这种温差是驱动对流上升气流形成风暴云的主要推动力。

科学家们估计,这些综合效应——对流受到抑制以及水滴太小无法降落——在火灾季节减少了非洲中部烟雾弥漫地区的降水,可能触发一个反馈循环,导致更多的火灾。同样的情况也发生在马达加斯加,在过去的几十年里,那里的降雨量下降了大约20%,部分原因是人为引起的火灾,Jonathan Jiang说道。

在某些情况下,烟雾也可能会起到相反的作用,加剧降水。在潮湿的亚马逊地区,有一套复杂的大气物理学原理,这意味着烟雾会压制低空云层,但会导致高层大气中形成风暴云。

但总的来说,气候模型表明,烟雾导致的降雨量下降可能会发生在地球的大部分地区。气候变化将如何推动这种情况继续恶化下去也是非常令人担忧的,Jonathan Jiang说道。

“想想全球变暖。由于额外的热量,野火更加频繁。又因为它们更频繁,环境变得更干燥,这又意味着降水的减少,”他解释道。

因此,烟雾最终可能会加剧旱情,并保证其自身长期存在。

一个“非常可怕”的反馈循环

Twohy和同事没有将空气中额外的烟雾与西部降雨量的变化直接联系起来,但科学家们发现,西部地区火灾季节的降雨量比过去减少了。2018年的一项研究发现,自1979年以来,夏季的降雨天数每十年减少约4%。这导致了干燥植被的增加,而这些植被已经成熟,易于燃烧。

在过去的20年里,西部地区的野火和烟雾出现了大幅增加。2018年,最终进入大气层的燃烧物比20世纪的平均水平高出近两倍;2020年,高出近三倍。

尽管在最好的年份里,西部大部分地区的夏季降雨量也不多,但这些雨水非常重要。爱达荷州博伊西洛基山研究站的林务局研究员Charles Luce表示。“通常,火势大小与雨水何时扑灭火有关。”

新的研究表明,烟雾可能有助于抑制雨水,这就减少了火被扑灭或从一开始就阻止火灾发生的可能性。没有人知道这种影响会对美国西部或世界产生多大的影响。

对于西方国家来说,反馈循环再度加剧是难以承受的,因为他们已经在干旱中挣扎了20多年,而且还要面对又一年的野火和烟雾,Jonathan Jiang说道。

(译者:陌上花开)

责任编辑:Quan

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