研究人员报告了不同北极地区冰成核颗粒浓度的年度变化

由莱布尼茨对流层研究所(TROPOS)领导的国际研究小组首次研究了冰芯中的大气冰成核颗粒(INPs)，这可以提供有关北极地区云层覆盖类型的见解。 500年。这些INP在云中形成冰中起着重要作用，因此对气候产生重大影响。然而，到目前为止，只有少数测量可以追溯到几十年前。新方法可以提供有关气候档案中历史云的信息，从而填补气候研究知识方面的巨大空白。

来自TROPOS，哥本哈根大学，伯尔尼大学和Paul Scherrer研究所的团队在“ 地球物理研究快报 ”杂志上写道，几个世纪以来大气中冰成核颗粒浓度变化的研究结果将有助于气候研究人员更好地理解未来的气候变化。

气候档案对于重建过去的气候以及对未来气候的发展作出重要评论非常重要。在欧洲，只有大约300年才观察和记录天气。然而，对于之前和没有气象站的地点，研究取决于自然档案的结论。古气候研究使用各种各样的自然档案，如树木年轮，冰芯或沉积物。

在最近的几十年，许多方法已经被开发和完善使用间接指标(气候代理人)得出关于气候因素，如温度，降水，火山爆发和太阳活动的结论。除其他外，云层对降水负责，但它们非常难以捉摸，因此很难研究。但云的数量，类型和范围及其冰含量对大气辐射预算，地面温度和降水影响很大，因此影响云的参数信息对气候重建具有重要意义。

德国，丹麦和瑞士的国际研究团队现在介绍了如何提高我们对云的知识及其在气候历史中的作用的方法。据他们说，该团队首次重建了冰芯中冰核颗粒(INP)的浓度。这些测量可用于将来重建云层。

“混合相云中的冰形成主要是由不均匀的冰层形成，即INP是刺激过冷云滴冻结所必需的。因此，这些粒子的数量和类型会影响云层的降水，寿命和辐射特性。在实验室中，我们能够证明两种类型的颗粒特别适用于此目的：来自土壤的矿物尘埃以及各种生物颗粒，如细菌，真菌孢子或花粉，“云团长Frank Stratmann博士解释说。 TROPOS工作组。

冰芯通常用于重建各种气候参数，例如数千年来的温度，降水或火山爆发。对于现在发表的研究，该团队能够利用北极的两个冰芯部分：核心Lomo09在2009年海拔1200米的斯瓦尔巴群岛的Lomonosovfonna冰川上钻探。冰芯EUROCORE精心提取1989年从格陵兰冰盖峰顶海拔3000多米。

这些核心的冷冻样本被送到莱比锡，在那里检查INP。冰的小样品熔化，熔化的水分成许多小滴的1和50微升。将这些液滴置于两个实验装置中，每个装置具有几乎100个微小的槽，然后以受控方式冷却。这些设置以前用于其他研究：莱比锡冰核阵列(LINA)和冰核液滴阵列(INDA)是液滴以受控方式冷却的仪器。通过玻璃窗，研究人员可以观察到哪个温度下有多少滴冻结。然后将冷冻液滴的数量转换成冰成核颗粒的浓度。“2015年，美国研究人员从雪和降水中获取了大气INP浓度。对我们的方法来说，对降水有效的方法也适用于冰样。所以我们是第一个证明历史冰核浓度也可以从冰芯中提取出来的人，“TROPOS的马库斯哈特曼说，他作为博士论文的一部分进行了调查。

这为古气候研究开辟了新的可能性。自20世纪30年代以来，从世界各地的冰川中提取了无数冰芯，并重建了过去的气候。关于云相的信息(即，它是否含有冰或液态水)不可用。极地和大气研究人员的研究是朝这个方向迈出的第一步。由于该团队没有连续的冰芯，它只能重建1735年至1989年格陵兰岛和斯瓦尔巴群岛1480至1949年的冰核颗粒。总的来说，在过去的半个千年中，冰成核颗粒没有趋势。“然而，北极只有大约25年的大幅度变暖。现在分析的冰是在强烈变暖开始之前形成的。因此，冰芯和新冰将是可取的，“Markus Hartmann补充道。

研究人员无可争议的是，人类通过排放引起全球变暖。但是，目前还不清楚大气层中云层的变化程度。因此，研究人员也希望通过研究空气中的冰成核颗粒获得重要的见解。2016年秋/冬，来自北京大学，TROPOS，哥德堡大学和中国科学院的团队测量了中国首都北京空气中冰成核颗粒的浓度。但是，他们无法证明与那里的高水平空气污染有任何联系。

“因此，我们认为北京的冰核颗粒更多来自天然来源，如沙尘暴或生物圈，这两种物质都被称为冰成核颗粒的来源，而不是来自人为燃烧过程，”海克博士说。 TROPOS的Wex。但这是一个地方的快照，不应忘记人类的间接影响：土地利用或干旱的变化会对大气和生物圈中的尘埃产生影响，从而导致云层的变化。“为了更好地了解人类对大气的影响，云研究人员在空气污染的热点地区(如新兴大都市的大都市)以及极地等相对清洁的地区进行测量。

到目前为止，人们对北极冰成核颗粒的数量，性质和来源知之甚少，尽管它们是云形成的重要因素，因而也是那里气候的重要因素。具有每月或每周时间分辨率的长时间序列实际上不存在，但对于调查季节性影响是必不可少的。在大气化学和物理杂志上欧洲地球科学联盟(EGU)的开放获取期刊，也是由TROPOS领导的国际团队，最近发表了关于北极冰核浓度季节变化的概述。来自2012/2013年和2015/2016年的北极四个研究站的样本在TROPOS的莱比锡云实验室进行了调查：加拿大的警报，斯匹次卑尔根的Ny-Ålesund(挪威)，阿拉斯加的Utqiagvik(巴罗)和美国的Villum (北站)在格陵兰(丹麦)。

“这让我们对季节之间的变化进行了概述：从春末到秋天，空气中最多的是冰成核颗粒，冬季和春季开始时发现最少。这影响了北极的云层类型在一年中发生了变化，因此云层对北极变暖的影响也在变化，“Heike Wex解释说。研究人员希望这些研究能够更好地预测气候变化，因为气候模型目前无法充分反映北极变暖，这将导致从海平面上升到欧洲区域气候变化等不确定因素。

生物圈与气候之间复杂的反馈过程也将成为MOSAiC探险的一部分：2019年9月，由阿尔弗雷德韦格纳研究所(AWI)领导的德国研究破冰船Polarstern将在北冰洋漂流一年。由额外的破冰船和飞机提供，来自17个国家的600名人员将参加MOSAiC探险。AWI与国际合作伙伴一起负责五个主要研究领域：海冰物理和积雪，大气和海洋过程，生物地球化学循环和北极生态系统。TROPOS将在两个中心测量中发挥主导作用：首先，整个冰漂的遥感容器将使用激光雷达，雷达和微波辐射计不断探索垂直气溶胶和云分布。另一方面，系留气球将在飞行区段内尽可能准确地测量北极边界层。两种测量都允许或多或少地直接检测冰成核颗粒的垂直分布。此外，TROPOS将再次研究海洋和熔池的表层微层，这可能是北极地区冰成核颗粒的主要来源。

自2016年以来，德国研究基金会(DFG)的TR172“北极扩增”协作研究中心一直在调查北极变暖的原因远远超过地球其他地区。除莱比锡大学外，研究网络还包括不来梅和科隆大学，阿尔弗雷德韦格纳研究所，亥姆霍兹极地和海洋研究中心(AWI)以及莱比锡莱布尼茨对流层研究所(TROPOS)。Tilo Arnhold