生物质燃烧引起的气溶胶测量

个案研究

作者:贾斯汀·费舍尔

从6月到10月,南部非洲农田的燃烧产生的烟雾向西穿过东南大西洋到达巴西,超过4500英里(7242公里)离开利用微脉冲激光雷达(MPL)和其他仪器,美国能源部运营的阿森松岛大气辐射测量(ARM)用户设施的研究人员,收集了16个月的数据帮助了解这些空气中的颗粒物是如何影响气候的。


气候模型需要更好的数据



生物质燃烧(BB)产生进入大气的气溶胶。大量的这种颗粒物由黑碳和其他碳质气溶胶组成,它们吸收光线,使大气变暖;然而,如果下垫面是一个黑暗的海洋,粒子会反射光线,使大气冷却。科学家需要精确的测量大气各层中每种类型的气溶胶研究烟雾的运动和长期后果.

目前,在全球气候模型中,远离源输送的BB气溶胶层的垂直范围表现不佳。为了帮助改进模型,ARM于2016年6月至2017年10月在阿森松岛为分层大西洋烟雾与云相互作用(LASIC)活动部署了一个移动大气观测站,大约1000英里。(1609公里)在非洲西海岸。从这个独特的位置,研究人员记录了许多仪器的测量数据,以编制代表两个BB季节的综合数据集。


微脉冲激光雷达在LASIC研究中的应用



阿森松岛上的ARM移动设备

ARM发起了LASIC活动,专门收集烟雾特性(即吸收短波辐射的能力)在长距离大气传输后如何变化的数据,以及烟雾对云层的影响。虽然可以通过多种仪器进行气溶胶表面测量,但为了研究输送到这个偏远岛屿的BB气溶胶层的垂直结构以及月度和季节变化,重要的是包括剖面仪器。

“LASIC的关键MPL能力之一是它的双极化能力,它允许区分阿森松岛上空的烟雾、灰尘和海盐气溶胶层。”阿贡国家实验室研究员Paytsar Muradyan说。“此外,ARM移动设备经常部署在世界各地的偏远地区,MPL能够提供无人值守的云和气溶胶连续观测。”



一天MPL观测(2018-08-15)的消光剖面显示,在21小时内,烟雾层下沉,从00小时的约2.8公里到21小时的约1.8公里。

原始MPL测量包括大气颗粒物的后向散射信号剖面,在整个LASIC场活动中收集。ARM数据中心(ADC)每小时接收原始数据以及MPL校正,气候和预测(CF)标准化的NetCDF文件在ADC存档,以帮助验证结果。

对反演的灭绝剖面的月变化的分析提供了对进化论阿森松岛上空BB季节前和BB季节气溶胶垂直结构和高烟层深度的变化。在南部非洲燃烧季节(6月至10月),海洋边界层中普遍存在大量气溶胶,这些气溶胶会影响地球的能量平衡和云的性质。

MPL数据显示烟层主要存在于边界层之上1.5至3公里之间在7月和7月燃烧季节开始时在9月份延伸至4公里. BB烟雾层的出现与在表面观察到的峰值黑碳浓度(>1000纳克/立方米)一致,表明这些气溶胶具有强烈的吸收能力,因为后轨迹表明它们来自相同的大陆BB区域。

“LASIC期间收集的数据提高了我们目前对气溶胶垂直分布及其辐射影响的理解。”LASIC运动的主要研究者Paquita Zuidema说。“这将最终提高长期气候预测的准确性,并帮助我们制定能源和环境挑战的可持续解决方案。”


提升式大气监测



烟雾笼罩着位于南大西洋阿森松岛上的第一个ARM移动设备。

MPL仪器帮助科学家、气象学家和空气质量专业人员监测气溶胶,以更好地了解我们大气的结构。MPL的远程能力和高质量信号提高了数据采集过程的效率和准确性,从而改善了大气监测。MPL最初由Sigma Space为美国宇航局设计,现在是Hexagon的一部分,它使用眼睛安全激光器、精确光子计数和内置数据分析来提供最佳信噪比,提供这一类别中最可靠的信息。bob体育报道

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