中国科学技术大学环境科学与工程系、极地环境与全球变化安徽省重点实验室谢周清课题组在全球海洋边界层海盐气溶胶时空分布特征及其影响因素方面取得新进展。相关研究结果以“Spatial and temporal distribution of sea salt aerosol mass concentrations in the marine boundary layer from the Arctic to the Antarctic”为题，近日在环境地学刊物Journal of Geophysical Research：Atmospheres（Nature Index）上发表。
气溶胶是由固体颗粒或液滴分散并悬浮在气体介质中形成的胶体分散体系。而海盐气溶胶（sea salt aerosol，SSA）是海表面在风的驱动下产生的一类以氯化钠为主要成分的无机盐类气溶胶，是全球海洋边界层中质量浓度占比最大的气溶胶。同时，海洋占了全球表面积的70%，因此SSA在气溶胶系统中是非常重要的组成部分。因为它吸湿增长的特性，使得它可以形成较大（微米级别）的颗粒物，这些颗粒物通过吸收和散射太阳辐射可以减少到达海表的辐射，从而导致对地表气候的制冷效应，此外海盐颗粒还可以充当云凝结核来增加海洋云的反照率。虽然目前对于这些作用产生的制冷效应还存在很大的不确定性，但是IPCC研究报告表明，由海盐颗粒带来的制冷效应很有可能足以对抗未来CO2增加一倍带来的气候变暖。
影响海盐气溶胶产生和分布的因素很多，包括风速、海表温度等。目前，模型主要是基于风速和海表面温度对海盐气溶胶进行模拟，不同模型的模拟结果差别很大。这些不确定性将影响对海盐气溶胶辐射强迫的准确估计，从而影响对全球气候变化预测。本项目在中国南北极考察期间，依托我国雪龙号破冰船，开展了长期观测（2008-2018），观测范围包括北冰洋、白令海、西北太平洋、东印度洋及南大洋等海域。这是迄今为止覆盖范围最广，时间最长的船基观测。基于这些观测结果，发现北冰洋的海盐气溶胶浓度的年变化趋势与海冰覆盖变化趋势一致；白令海的海盐气溶胶浓度的年变化趋势与海表面温度的变化趋势一致；不同纬度海区的海盐气溶胶浓度有着显著的差异。通过将观测结果与GEOS-Chem模型模拟对比，发现模型普遍低估了海盐气溶胶的浓度，特别是南大洋地区，低估了60%以上。进一步的研究发现，这种低估与海-气温差显著相关，提出海表大气的稳定是影响不同区域海盐气溶胶浓度差异的主要原因。评审专家认为，这是“令人激动的工作”“获得了大量的高质量观测结果”“关于大气稳定影响海盐分布是很重要的发现，将促进野外观测和实验室模拟发展适合的模型参数”“对于揭示海盐的海气排放和理解气溶胶-云相互作用有重要意义”。
图1 基于雪龙船从南极到北极的海盐气溶胶观测
该文第一作者为环境科学与工程系博士生姜北。该研究工作得到了国家自然科学基金和国家海洋局极地考察办公室的支持。
论文链接：http://dx.doi.org/10.1029/2020JD033892