北极地区正以全球其他地区两倍的速度快速变暖，引起了全世界的高度关注。北极的冰川融化、海冰减少，和随之引发的全球大气环流异常，地区生物多样性减少，以及一系列生态和经济问题都源于北极气候的快速变暖。众所周知，二氧化碳气体和黑碳气溶胶是大气中最重要的增暖剂。然而，近年来，科学家们逐渐关注到另一类辐射吸收性有机气溶胶——棕碳对气候变暖有不可忽视的贡献。那么棕碳气溶胶的增暖效应对北极的气候变化有多大贡献？北极的棕碳来源又是什么？ |
近期，天津大学地球系统科学学院与德国马普化学所、自然资源部第三海洋研究所等国内外数家单位合作，综合我国第一次环北极考察的外场观测、实验室分析以及地球系统模式数值模拟，系统研究了棕碳气溶胶对北极的增暖效应及其来源贡献。相关成果以“Brown Carbon from Biomass Burning Imposes Strong Circum-Arctic Warming”为题，发表于Cell姊妹刊One Earth。越思瑶博士和地科院朱佳雷教授为论文共同第一作者，地科院傅平青教授和德国马普化学所程雅芳博士为论文共同通讯作者。
棕碳气溶胶对近紫外波段的太阳辐射有很强的吸收效应，从而增加地球获得的净辐射通量，导致气候变暖。2017年夏季研究团队成员搭乘“雪龙号”科考船开展了为期2个月的环北极气溶胶采样，在实验室利用高分辨率傅立叶变换-离子回旋共振质谱仪（FT-ICR MS）、气相色谱/质谱（GC/MS）以及紫外分光光度计对棕碳气溶胶的分子组成和吸光能力进行分析，在地球系统模式中发展了基于观测强迫的不同来源北极棕碳气溶胶辐射效应模拟方法。研究发现，北极地区水溶性棕碳的增温效果约相当于黑碳的30%（图1），北半球中高纬度的生物质燃烧贡献了北极地区约60%的棕碳增暖效应（图2）。
图1 北极地区棕碳气溶胶辐射吸收效应及其与黑碳气溶胶吸收效应比值的月变化
图2 FT-ICR MS分析和数值模拟研究发现生物质燃烧是北极棕碳气溶胶的主要来源
随着未来气候变暖加剧，北半球中高纬度的野火燃烧发生频率、强度和范围都很可能有所增加，从而释放更多棕碳和黑碳气溶胶，进一步加速北极地区的变暖，形成正反馈效应。未来棕碳气溶胶对北极地区变暖的贡献预计将更为重要。研究结果指出加强对北半球中高纬野火燃烧的有效管理将对缓解北极乃至全球气候变化有重要作用。
该研究得到国家自然科学基金（项目号：41625014和42177082）的资助。
文章链接：https://doi.org/10.1016/j.oneear.2022.02.006
