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野火产生的烟雾对全球臭氧污染的影响

  美国西部和加拿大火灾季再创纪录的野火烟雾污染了下风向的波士顿和纽约市的天空,从而明确标示了火灾对数千英里外的空气质量的影响。美国国家海洋和大气管理局(NOAA)的最新研究显示,火灾排放物对大气的影响甚至比以前的认识强度更大、范围更广,并且是城市空气污染中最常见、最有害来源成分之一——臭氧的主要肇因。

  这项发表在《美国国家科学院院刊》(the Proceedings of the National Academy of Sciences)上的研究依据美国宇航局(NASA)大气断层扫描项目2016~2018年期间收集的数据,该项目利用美国宇航局的DC-8飞行实验室对太平洋、大西洋、北极和南大洋对流层的最偏远地区实施了调查。

  这个拥有世界领先大气研究人员的科学团队几乎在所有地方都发现了火灾排放物的痕迹,甚至在地球上最遥远的地方,这是此前的化学传输模型无法预测的。然而,最令人惊讶的是,人们意识到,即使在人口稠密的北半球,火灾排放的臭氧也就大致相当于城市臭氧源排放的臭氧,城市臭氧源主要是化石燃料排放。而在经济欠发达的南半球和热带大西洋,火灾产生的臭氧量比城市产生的臭氧量大2~10倍。

  我们很多年前就已经知道,从工业革命开始,城市排放导致全球臭氧水平上升,参与NOAA化学科学实验室工作的CIRES科学家、论文第一作者Ilann Bourgeois解释说,“我们没有预料到的是,火灾排放物实际上对偏远大气的臭氧贡献量与城市污染相当或更大。”

  臭氧是一种二次空气污染物,在炎热的夏天经常祸害城市。臭氧是在光的驱动下,挥发性有机化合物(VOCs)与氮氧化物(NOx)发生反应产生的,氮氧化物是由消费品、工业和车辆尾气排放产生的。火灾还会将大量气体喷射到大气中,释放一系列化学物质,并将臭氧顺风向下风向区域散布。

  臭氧也是一种重要的全球温室气体,仅次于二氧化碳和甲烷。由于臭氧在大气中的寿命长达数周,因此可能远距离输运到大气中最偏远处。

  在大气断层扫描项目之前,科学界几乎完全依靠全球化学传输模型来了解臭氧在整个大气中的分布情况。但在史无前例的研究飞行中收集到的大量气体和气溶胶测量数据为科学家提供了一条强有力的新调查路线。

  通过对臭氧和“示踪”化合物的详细分析(其化学组成可使科学家确定其来源是否为城市污染或火灾排放物),研究人员能够将气团来源按城市排放、火灾或混合排放分类,并估算每种排放来源生成的臭氧量。当他们将分析结果与常用的全球模型进行比较时发现,这些模型显然大大低估了火灾排放对臭氧的贡献。

  Bourgeois说:“这些新的观测结果确实有助于我们了解边远大气中臭氧的来源,也有助于我们测试模型的准确性,我们仍然需要这些模型来预测空气质量和预测未来气候。”“鉴于臭氧是一种稳定的空气污染物,也会导致气候变化,因此了解臭氧的来源以便在全球模型中正确表示它是很重要的。”

  在论文中,研究人员考虑了模型低估火灾影响的几个原因,包括用于启动模型的排放量的计算错误、模型不能描述小型火灾、低估能将野火烟雾带到更高处大气中去的烟云的作用等。

  不管什么原因,有两件事是显而易见的:全球火灾事件是大气的主控旋钮,而全球输运模型需要修正,以体现烟雾是一种臭氧源。

  Bourgeois说:“在世界某些地区,火灾季越来越长,火灾也越来越严重。”“因此,对火灾产生的排放及其影响的分析能力将变得更为重要。”

  延伸阅读:https://research.noaa.gov/article/ArtMID/587/ArticleID/2822/Smoke-from-fires-influences-ozone-pollution-on-a-global-scale(胡晓梅编译)

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