近日,我國科學家通過"星-地聯(lián)合監(jiān)測"技術,首次捕獲冰島火山噴發(fā)對北極的跨界污染證據(jù)。中國科學院合肥物質院安光所團隊利用其研制的高分五號02星、大氣環(huán)境監(jiān)測01星搭載的大氣痕量差分吸收光譜儀(EMI),以及裝載于中國北極黃河站的地基差分吸收光譜儀(MAX-DOAS),成功監(jiān)測到2023年冰島Sundhnukagigar火山噴發(fā)釋放的二氧化硫氣體。研究發(fā)現(xiàn),這些痕量氣體穿越2000多公里,導致北極斯瓦爾巴群島出現(xiàn)嚴重霧霾事件。相關成果發(fā)表于國際知名期刊The Innovation Geoscience。
火山噴發(fā)如同地球的"化學噴霧彈",或瞬間或緩慢向大氣層排放數(shù)百萬噸二氧化硫等有毒氣體。這些氣體在陽光作用下會轉化為硫酸鹽顆粒,既能引發(fā)酸雨危害生態(tài)系統(tǒng),又能像"遮陽傘"般反射陽光導致全球降溫。更危險的是,直徑小于2.5微米的火山灰顆??缮钊肴梭w肺部,引發(fā)呼吸系統(tǒng)疾病。
安光所自主研發(fā)的高分五號02星和大氣一號衛(wèi)星搭載的EMI,每天能沿著衛(wèi)星軌道完成全球掃描,以相當于6個足球場(7×8公里)的精度捕捉大氣污染物蹤跡。數(shù)據(jù)顯示,北極新奧爾松地區(qū)80%的二氧化硫污染氣團,正是來自此次冰島火山噴發(fā)的"火山云"。EMI作為國內(nèi)目前在軌運行的最高空間分辨率大氣痕量氣體監(jiān)測載荷,具有單日覆蓋全球的優(yōu)勢。此前,團隊早就開展了全球O3、NO2、SO2、BrO等的監(jiān)測和衛(wèi)星地面驗證。2021年團隊還利用高分五號02星EMI監(jiān)測數(shù)據(jù)研究了湯加火山噴發(fā)的SO2和BrO釋放、遷移趨勢,為火山噴發(fā)影響和巖漿脫氣過程研究提供了重要支撐。
為驗證衛(wèi)星數(shù)據(jù),安光所在北極黃河站建設的MAX-DOAS地基監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)揮了關鍵作用。作為我國在北極地區(qū)唯一連續(xù)運行的大氣痕量氣體柱濃度和垂直廓線監(jiān)測站點,地基差分吸收光譜儀自2015年起運行逾10年,為國產(chǎn)衛(wèi)星的地面校驗提供了有力支撐,同時MAX-DOAS獲得的O3、SO2、BrO等痕量氣體和氣溶膠消光廓線對研究極區(qū)大氣化學機制至關重要。星地數(shù)據(jù)的"雙保險"驗證,讓污染傳輸證據(jù)鏈完整呈現(xiàn)。
"這就像通過衛(wèi)星監(jiān)控火山噴發(fā)的'煙霧彈',再用地基設備捕捉'煙跡'的擴散路徑。"研究團隊還采用污染源追蹤模型,精確計算出不同區(qū)域污染物的"來龍去脈"。
該研究不僅驗證了我國新一代環(huán)境監(jiān)測衛(wèi)星的精準度,更為應對氣候變化提供了關鍵技術支撐。研究團隊正在研發(fā)的多星融合監(jiān)測系統(tǒng),未來有望實現(xiàn)每小時更新全球污染動態(tài)。
此項研究標志著我國在環(huán)境遙感監(jiān)測領域實現(xiàn)從"跟跑"到"并跑"的跨越。隨著全球極端氣候事件頻發(fā),這種星地協(xié)同的監(jiān)測體系將成為守護地球家園的"生態(tài)預警機"。
吳凱麗博士為論文第一作者,羅宇涵研究員和司福祺研究員為論文通訊作者。本研究獲得國家自然科學基金、中國科學院青年創(chuàng)新促進會和中國科學院合肥物質院院長基金的資助。
基于衛(wèi)星、地面觀測和PSCF分析的冰島火山噴發(fā)對北極的影響
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