最新发现：空气污染导致北极海冰异常融化

                             杨学祥，杨冬红

一、联合国环境规划署(UNEP)的警告

2008年11月，联合国环境规划署(UNEP)发布报告称，中国的北京、上海和深圳等地区上空已被棕色云团所笼罩。这种污染不仅使大气能见度下降，还造成居民健康受损等一系列问题。

所谓棕色云团，是指以细颗粒物为主，悬浮在大气对流层中的大片污染物。其成分包括含碳颗粒物、有机颗粒物、硫酸盐、硝酸盐、铵盐以及沙尘等。从车辆、工厂、发电站以及从燃烧木材或牛粪的厨灶中排放的废气，在大气层中积聚，最终形成有毒的棕色云团。

   1999年，一个国际科学合作项目——“印度洋试验(INDOEX)”在印度洋、南亚、东南亚和中国南部的上空，发现了厚度约3公里的棕色云团，面积相当于美国陆地面积大小，遂将其命名为“亚洲棕色云团”(AsianBrownClouds，简称ABC)。但联合国环境规划署发布的报告也显示，世界其他地区如非洲南部、南美亚马逊盆地、北美东海岸和欧洲也有一些地区也被棕色云团覆盖，只不过影响程度有限。

　　目前，包括北京、上海和深圳在内，世界上已有13座“超大城市”(megacity)被确认为棕色云团热点城市。其他10座城市分别是：泰国曼谷、埃及开罗、孟加拉国达卡、巴基斯坦卡拉奇、伊朗德黑兰、尼日利亚拉各斯、韩国首尔和印度的加尔各答、新德里、孟买。复旦大学环境系大气化学研究中心主任庄国顺教授表示，尽管联合国环境署的报告只选择了中国的三大城市，但实际上棕色云团的覆盖范围很大，从郑州、西安一直到北京、上海和广州，基本上连成一片。此外，乌鲁木齐、兰州等地的情况也很严重。

　　近年来，在众多城市和工厂密布的珠三角地区，天空经常灰蒙蒙一片，大气能见度很差。棕色云团正是造成这种现象的“罪魁祸首”：棕色云团中的一些微小颗粒会吸收阳光，或者将部分阳光反射回大气。珠三角地区大气能见度的恶化，不过是中国空气污染严峻形势的一个缩影。过去半个世纪中，中国城乡的日光强度平均每10年下降3％～4％，且这种趋势在上世纪70年代以后尤为明显。联合国环境规划署的棕色云团报告显示，自上世纪70年代以来，广州的日光强度已经下降了20 ％以上。

　　除了影响空气质量和人类健康，棕色云团还可能影响气候。在很多情况下，棕色云团与全球不断增加的温室气体交织在一起，对区域乃至全球气候系统产生极大影响。例如喜马拉雅等地正在加速融化的冰川。喜马拉雅冰川黑碳含量的增加非常令人担忧。黑碳是农作物秸秆和家用煤炉等不完全燃烧产生的烟雾，以及机动车尾气中的活性成分。联合国环境规划署棕色云团报告的领衔作者、美国加州大学圣迭戈分校海洋研究所的拉曼纳森教授表示，黑碳沉降在冰雪上，会使冰雪颜色变暗，增强其吸收热量的能力。此外，黑碳还会加热空气。这些因素都使得冰川融化加速。

　　棕色云团的影响具有双重性。联合国环境规划署报告认为，通过反射阳光和吸收空气热量，棕色云团可以减缓全球气温上升的幅度。如果棕色云团一夜之间消失，全球气温可能迅速上升2摄氏度，而这正是很多科学家认为地球还能容忍的最大升温幅度。

不过，如果由此认为棕色云团对人类有很大好处，未免过于简单。中国科学院大气物理研究所王标博士称，棕色云团对于气温的影响，存在很大的不确定性。棕色云团有着非常复杂的成分，其中有些成分可以减温，有些却可能增温。由于它在中国各个地区分布不同，往往对地表造成的降温幅度也不同，这种状况很可能会改变原有的东亚季风模式，并导致中国“北旱南涝”的局面进一步加剧。

http://news.sina.com.cn/w/2009-01-10/153617017781.shtml

二、棕色云团影响北极海冰融化

2014-12-14科技日报报道报道，南北极海冰截然相反的变化趋势令人百思不得其解。据物理学家组织网报道，科学家于今年9月份宣称，北极海冰量仍低于正常水平——已经持续数年的减少趋势还在继续，以至于北冰洋海冰覆盖面积日益“捉襟见肘”。随后，研究又发现，在北极海冰不断融化的同时，南极海冰量却居高不下——自上世纪70年代末有卫星观测纪录以来，2014年南极周围海域的海冰覆盖面积再刷纪录。

来自美国宇航局（NASA）戈达德太空飞行中心的瓦特·梅尔指出，总体而言全球的海冰量正在减少。美国宇航局和美国国家冰雪数据中心的卫星观测数据显示：自上世纪70年代末开始，北极海冰在以年均20800平方公里的速度消失；与此同时，南极海冰却以年均7300平方公里的速度不断“扩张”。

http://www.weather.com.cn/climate/2014/12/qhbhyw/2240162.shtml

南北极海冰截然相反的变化趋势可以从雾霾的全球路径中得到合理的解释。

火山喷发物到达的高度为1—3公里至30-40 公里；持续时间为几星期至10多年。随着风系和涡流输送，进入平流层下层的火山灰形成火山灰尘幕，可以扩散到喷发地所在的整个半球，而在低纬度的火山喷发能扩散到全球，在中高纬度保持最大浓度，最后在极冠落下。因此火山灰幕对中高纬度的影响最大，平流层下层的气溶胶粒子的寿命一般是3-7年，长的能达15年。这表明火山喷发后会对世界性的气候波动产生一定的影响。

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-518228.html

棕色云团包括火山灰，其漂移路径与火山灰完全相同。

北半球的气溶胶最后集中在北极沉降。南半球的气溶胶最后在南极沉降。

棕色云团的降温和增温作用

其一，棕色云团中的一些微小颗粒，会吸收阳光，或者将部分阳光反射回大气。棕色云团的成分非常复杂，硫酸盐等多种组分可以降温。联合国环境规划署的棕色云团报告就显示，自上世纪70年代以来，广州的日光强度已经下降了五分之一以上。棕色云团带来的一个正面影响，就是通过反射阳光和吸收热量，可以减缓全球气温上升的幅度。棕色云团一夜之间消失，全球气温可能迅速上升多达2度，而这正是一些科学家认为地球还能容忍的最大升温幅度。

其二，棕色云团中的黑碳（blackcarbon）的组分已被证实可以和二氧化碳一样产生温室效应。尤其值得关注的是，棕色云团正在加速喜马拉雅等地冰川的融化速度。联合国环境规划署棕色云团报告的领衔作者、美国加州大学圣地亚哥分校Scripps海洋研究所拉曼纳森（V.Ramanathan）教授就对《财经》记者表示，黑碳沉降在冰雪上，会使冰雪颜色变暗，增强其吸收热量的能力；此外，黑碳还会加热空气。这些因素，都使得冰川融化加速。造成这种影响的，主要是黑碳，或者说黑碳气溶胶。黑碳是由富含碳的燃料，如农作物秸秆和煤炭等，不完全燃烧产生的烟雾。

北极海冰融化南极海冰扩展

南半球人口只占世界人口的11%多，大约有8亿。所以，世界人口主要集中在北半球，空气污染物排放也主要集中在北半球，棕色云团的降温和增温作用也集中在北半球。

棕色云团的成分非常复杂。硫酸盐等多种组分可以降温，但黑碳（blackcarbon）的组分已被证实可以和二氧化碳一样产生温室效应。

黑碳气溶胶也主要集中在北半球。黑碳气溶胶最终在北极沉降，导致北极海冰在以年均20800平方公里的速度消失。由于黑碳气溶胶最终在北极集中沉降，所以北极是受棕色云团增温作用最大的地区，也是全球升温最快的地区。

海盐是大气海洋边界层的主要气溶胶组分，特别是南半球大气中的主要气溶胶组分。它没有增温作用，只有降温作用。

这是北极海冰融化而南极海冰扩展的原因之一。

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-945635.html

这是最新发现：空气污染导致北极海冰异常融化。这也是北极冰盖融化与北半球低温暴雪和南极冰盖扩展同时出现的原因。

参考文献

1. 郭增建, 秦保燕, 郭安宁. 地气耦合与天灾预测[M]. 北京: 地震出版社, 1996. 116－117, 135－138, 212.

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3. 郭增建, 郭安宁, 周可兴. 地球物理灾害链. 西安地图出版社, 2007.111~114, 146~158

4. 马宗晋, 杜品仁. 现今地壳运动问题. 北京: 地质出版社, 1995. 10, 99~102

5. 杨冬红，杨德彬，杨学祥。地震和潮汐对气候波动变化的影响。地球物理学报。2011，54（4）：926-934.

6. 杨冬红,杨学祥. 北半球冰盖融化与北半球低温暴雪的相关性[J]. 地球物理学进展, 2014, 29(2): 610-615.