大气气溶胶综述

大气气溶胶综述

一、定义及类型

大气是由各种固体或液体微粒均匀地分散在空气中形成的一个庞大的分散体系，该体系中分散的各种粒子称为大气气溶胶。对我们气候有影响的气溶胶主要有三种类型：火山气溶胶、沙漠尘埃、人造气溶胶。

火山气溶胶在火山等主要火山爆发后形成于平流层，主要由二氧化硫气体形成，在火山喷发后一周至几个月内，二氧化硫气体在平流层中转化为硫酸液滴。平流层的风将气溶胶扩散到几乎覆盖全球。这些气溶胶一旦形成，就会在平流层中停留大约两年。它们反射阳光，减少到达较低大气层和地球表面的能量。

可能对气候有重大影响的第二类气溶胶是沙漠尘埃，这些尘埃羽流中的微粒是从沙漠表面吹来的微小的污垢，对于大气气溶胶来说，它们相对较大，如果没有被强烈的沙尘暴吹到相对较高的高度（15000英尺及以上），通常会在短时间飞行后从大气中脱落。因为尘埃是由矿物质组成的，所以微粒吸收阳光，也散射太阳光。通过吸收阳光，尘埃粒子温暖了他们居住的大气层。这种较暖的空气被认为能抑制风暴云的形成。通过对风暴云和随之而来的雨水的压制，人们相信沙尘会进一步扩展沙漠。

第三类气溶胶来自人类活动。虽然很大一部分人为气溶胶来自燃烧热带雨林的烟雾，但主要成分是煤和石油燃烧所产生的硫酸盐气溶胶。硫酸盐气溶胶没有吸收阳光，但它们反射阳光，从而减少了到达地球表面的阳光量。硫酸盐气溶胶也进入云层，使云滴数量增加，但使雾滴尺寸变小。其净效果是使云层比没有硫酸盐气溶胶时反射更多的阳光，除此之外，人们还认为，额外的气溶胶会使受污染的云持续时间更长，并且比未受污染的云反射更多的阳光。

二、来源

大部分气溶胶有天然来源。例如，火山向空气中喷射巨大的火山灰柱，以及二氧化硫和其他气体，产生硫酸盐。森林大火将部分燃烧的有机碳排放到高空。某些植物产生气体，与空气中的其他物质发生反应，产生气溶胶。同样地，在海洋中，某些类型的微藻会产生一种叫做二甲基硫醚的含硫气体，这种气体可以在大气中转化为硫酸盐。海盐和沙尘是两种最丰富的气溶胶，沙尘暴将沙漠中的小块矿物尘埃带到大气中，海浪中由风驱动的喷雾将海盐抛向高空。这两种粒子都倾向于比人工制造的粒子更大。

其余10%的气溶胶被认为是人为的，或人为制造的，它们来自不同的来源。虽然人为气溶胶的数量不如自然形式丰富，但它可以控制城市和工业区的空气下风。化石燃料燃烧产生大量的二氧化硫，二氧化硫与大气中的水蒸气和其他气体发生反应，生成硫酸盐气溶胶。生物质燃烧是一种常见的清理土地和消耗农业废物的方法，它产生的烟雾主要由有机碳和黑碳组成。汽车、焚烧炉、冶炼厂和发电厂是硫酸盐、硝酸盐、黑碳和其他粒子的多产生产者。砍伐森林、过度放牧、干旱和过度灌溉会改变土地表面，增加沙尘气溶胶进入大气的速度。即使在室内，香烟、炉灶、壁炉和蜡烛也是气溶胶的来源。

三、影响

气溶胶影响空气质量和公众健康，它们可以通过反射或吸收阳光以及改变云层形成的地点和时间来影响气候。进入地球大气的太阳能量, 可以在大气内部被吸收、散射, 然后透射到地面, 或者被反射回外空。由于大气气溶胶的存在，引起的这些过程的改变叫做气溶胶(辐射)强迫。大气气溶胶的辐射强迫可以分为以下两种类型：直接辐射强迫、间接效应。

直接辐射强迫主要与太阳有关，气溶胶粒子可以散射和吸收太阳辐射, 从而直接造成大气吸收的太阳辐射能、到达地面的太阳辐射能以及大气顶反射回外空的太阳辐射能的变化。气溶胶对光的影响主要取决于粒子的组成和颜色。明亮的或半透明的粒子倾向于向四面八方反射辐射并返回太空。较暗的气溶胶可以吸收大量的光。例如纯硫酸盐和硝酸盐几乎反射了它们所遇到的所有辐射，使大气变冷。而黑碳很容易吸收辐射，使大气变暖。除了散射或吸收辐射外，气溶胶还可以改变行星的反射率或反照率。明亮的表面反射辐射并冷却气候，而较暗的表面则吸收辐射并产生暖化效应。有些气溶胶还可以加速冰的融化，对全球气候产生能够影响。

间接效应则主要是气溶胶对云的影响。当足够多的水蒸气凝结时，云就会形成，气溶胶在这一过程中起着至关重要的作用。大多数云的存在都归功于作为微小“种子”的气溶胶，称为云凝结核。天然气溶胶是环境中最常见的凝结核。受污染的空气通常含有更高浓度的水溶性微粒，这意味着污染丰富的云往往有更多但更小的液滴。这些小水滴使被污染的云看起来比它们本来要亮的多。如果云中的水被分成更多的小水滴，它会散射更多的光，并变得更反光。反过来，更明亮的云会阻挡阳光到达地球表面，遮蔽行星并产生净冷却。

气溶胶对云和降水也有复杂的影响。从广义上讲，人们认为气溶胶可以抑制降水，因为粒子会减少云中水滴的大小。然而，在某些环境条件下，气溶胶会导致更高的云层，更有可能产生闪电和强降雨。

四、结论

通过本文的分析我们可以看出气溶胶对地球气候和环境的影响是重大的，各个国家对气溶胶的研究都在不断开展中，我们已经了解了气溶胶的形成和其对气

候的部分影响，取得了很大的进展，但目前仍然存在许多关于气溶胶研究的问题。例如测量云层中的粒子仍然具有挑战性、由于缺乏关于气溶胶吸收的观测资料以及陆面反照率特征的详细资料, 评估起来较为困难等。除了探测手段和数据方面，关于改善气溶胶影响方面也存在问题，尤其是大气气溶胶的环境和气候效应，减少人为气溶胶的释放可以改善颗粒物的污染，有利于环境和人类健康，但是，硫酸盐等气溶胶释放的减少是否会加速全球气候变暖的进程，这也是值得思考和探究的。总而言之，气溶胶与人类的生活息息相关，人类对气溶胶的研究只会更加广泛和成熟，人类会更好的测量和运算，降低气候变化的不确定性。

参考文献

[1] Bob Allen. Atmospheric Aerosols: What Are They, and Why Are They So Important?

[2] Adam Voiland, Rob ert Simmon. Aerosols: Tiny Particles, Big Impact.

[3] 石广玉,王标,张华,等.大气气溶胶的辐射与气候效应[J].大气科学.