“北极”北极科考 用仪器探究气候变暖新因素

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近年来，全球气候变暖问题出现在大众视野中的频率越来越高。人类活动导致全球平均温度不断升高，其后果是干旱、洪水、飓风、野火等极端天气事件的发生频率和强度上升，人类的生存与发展已经受到威胁。而与地球其他地区相比，北极的气候变化速度尤为快速和显著——新的研究表明，北极变暖的速度是全球平均速度的4倍。

北极在地球系统中有着至关重要的作用，北极变暖导致海冰面积减小，不仅是全球海平面上升的重要原因，还会影响地球反射入射阳光的多少、北半球大气环流以及北极地区的生态环境。进入21世纪以来，北极海冰正在以超出预期的速度退缩，目前主流的观点认为在本世纪中叶之前，北极就可能会出现无冰状态。北极海冰融化已经不容忽视，深入研究北极变暖原因是应对北极乃至全球气候变化的重要措施。

研究表明，棕碳气溶胶是影响北极地区增温的重要因素之一。棕碳(BrC)是处于在吸光能力较强的黑碳(BC)和无吸光性有机碳之间的棕黄色有机气溶胶，在近紫外和可见光区具有吸光性的，对大气气溶胶的总光吸收、区域辐射强迫和气候效应具有重要影响。近年来，棕碳已经成为全球气候模式研究关注的焦点之一。

在北极地区，棕碳曾经是增温最缺乏了解和最不确定的贡献者之一。它的变暖效应要么在气候模型中被忽略或估计具有很大的不确定性。2017年，天津大学地球系统科学学院的研究团队和合作者前往北极科考，在“雪龙号”科考船上进行了为期2个月的环北极气溶胶采样。日前，研究团队和多家国内外机构合作通过研究描述了北半球燃烧生物质释放的棕色碳对北极变暖的影响，相关研究发表于《地球》杂志。

研究表明北极地区的棕碳有60%来自北半球中高维度的生物质燃烧。水溶性棕碳对于北极的增温效果约相当于黑碳的30%，而黑碳是仅次于二氧化碳的第二大变暖因素。近几年，由于气候变暖，北半球野火事件频发，北极圈内也多次发生大规模火灾，向空气中释放大量的碳，从而又加剧了气候变暖。由于生物质燃烧是棕碳的主要来源，研究人员预计棕碳在未来北极变暖中的重要性会越来越大。

关于棕碳对北极气候变化的影响及其主要来源的研究对于预测北极变暖趋势以及应对北极气候变化带来的影响有着越来越重要的意义。目前棕碳气溶胶研究需要采样然后在实验室种使用仪器进行分析。研究团队就利用了超高分辨率傅立叶变换-离子回旋共振质谱仪、气相色谱/质谱以及紫外分光光度计等仪器分析分析其分子组成和吸光能力。

在常规研究中，针对不同状态的棕碳，研究者使用的设备也有较大区别。针对颗粒态棕碳，常用在线仪器对颗粒物在不同波长下的光吸收进行测量,，或利用颗粒物消光与光散射的测量差值进行表征，再扣减黑碳的光吸收以获得BrC的光吸收。相关在线仪器主要包括基于滤膜法的多波段黑碳仪、烟尘颗粒物吸收光度计等，以及基于非滤膜法的光声光谱仪、光声气溶胶消光仪等。而针对溶解态的棕碳，可使用总有机碳分析仪、紫外-可见分光光度计等检测仪器进行吸收光谱与有机碳含量分析，这也是现有研究中应用十分广泛的研究方法。

与二氧化碳等温室气体的研究相比，棕碳研究仍存在很多不足，还有很大的研究空间。相关的分析研究方法也需要不断进步。同时全球气候变化的恶果正在不断显现，北极变暖也正在影响我国的气候，促使强寒潮频频来袭，对气候变化的研究亟需加深，仪器设备作为不可缺少的工具，在保护人类与自然中将发挥更大的作用。

(资料来源：科技日报)

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