环绕南极洲的南大洋中丰富的生命有助于照亮那里形成的云层 _南极洲

高液滴数云的地理分布。南极洲的海岸线在底部。Credit: Jay Mace/University of Utah
据美国物理学家组织网（by Paul Gabrielsen, University of Utah）：今天发表在《大气化学与物理》杂志上的一项研究表明，环绕南极洲的南大洋中丰富的生命有助于照亮那里形成的云层。这些云之所以明亮，是因为它们的水滴密度很高，这反过来又是由于一系列大气过程，最终与南大洋非凡的浮游植物生产力联系在一起。
犹他大学大气科学教授、该研究的主要作者杰拉尔德·“杰伊”·梅斯（Gerald“Jay”Mace）表示，这项研究有助于我们更好地理解云形成的自然过程。
梅斯说：“我们可以利用这些知识来提高我们对云如何在全球反射阳光的理解。” 。“这反过来又是预测地球变暖程度和降水模式变化的关键。”
云和气溶胶
云，有着梦幻般的纤细或蓬松，实际上只是由水滴和冰晶组成。当水蒸气在大气中的某个物体周围凝结时，这些水滴就会形成，比如气溶胶粒子，也称为“云凝结核” 。
梅斯说：“在大多数情况下，可以凝结成云的水量是固定的。” 。“然后由固定数量的水蒸气形成的液滴的数量取决于存在的气溶胶颗粒的数量。”
因此，在大气中某一区域含有大量气溶胶的情况下，形成的云具有大量可用的云凝结核。云滴的密度，或每体积云的液滴数量也很高。
梅斯和他的同事，包括澳大利亚CSIRO海洋与大气研究组织和塔斯马尼亚大学的科学家，试图在南大洋云层中研究水滴的密度。
研究人员利用卫星数据，研究了2014年至2019年夏季南大洋云层的财产。他们特别关注了马达加斯加和新西兰之间的一个地区，2017-2018年夏天，研究船和飞机曾在该地区航行。这些研究任务的地面数据支持了卫星观测。
在研究云的趋势时，研究人员努力确定云在到达南极洲周围的“空域”之前的移动位置。他们注意到两组云之间的显著差异。水滴密度相对较低的云很可能是从更北的纬度迁移而来的，在那里，海水喷射产生的空气中的盐是主要的云凝结核之一。
但是，水滴密度相对较高的云更有可能起源于南极大陆，并且只经过南大洋的水域。两组云的源区之间的主要差异是南大洋的浮游生物生产力。
浮游生物在寒冷、营养丰富的南极水中大量生长，在其新陈代谢过程中会释放硫酸盐气体。在相对平静的南大洋夏季空气中，这些气体会导致大气化学反应，形成气溶胶。
梅斯说：“整个环极海洋的生产力都很高，因此有大量的气溶胶来源可以形成云滴。” 。“这种气溶胶也被输送到北方，整个南大洋一直到亚热带地区都经历了云层财产的季节性循环。在南极洲周围的水域，这种季节性循环似乎要大得多，导致云层具有更高的雾滴数，因此对阳光的反射性更强。”
该研究发现，最靠近南极洲的纬度（南纬约60°）的云层的反射率（也称为反照率）明显高于更北的云层。
研究清洁空气
南大洋是研究自然云形成过程的理想场所，因为它在大气中与世界其他地区隔绝。这意味着它没有人为（人为）活动产生的气溶胶。
梅斯说：“在科学中，我们寻求控制实验，从实验中去除所有无关变量，以隔离感兴趣的过程。” 。“南大洋就像一个受控的实验，在实验中消除了由于人为和大陆影响造成的许多可变性。”
南大洋在地球气候中也起着关键作用。浮游生物的生产力有助于南大洋将空气中的二氧化碳排出，并将其“封存”在海洋食物链中。但海洋的生产力与海水接收的阳光量有关，而阳光量又与云的反射率和云的液滴密度有关。他说，这是一个在世界所有海洋都会发生的过程，但在南大洋更为明显，因为南大洋与其他气溶胶源隔绝。
“因为云滴的数量取决于上层海洋中的生物，”梅斯说，“我们绕了一圈。”
梅斯和他的同事们在南大洋的自然实验室还有更多要学习的东西，包括最近宣布的一个基于塔斯马尼亚州肯纳奥克/格里姆角的项目。