空气污染

直到最近,北极环境被视为一个原始的地方未遭的人。如果我们把日记或航海日志的极地探险家I9'h和lh 20世纪初,我们会发现大量的短语潜在的北极地区的清洁,其晶体的空气,和闪闪发光的冰。意见缺乏污染北极继续举行1970年代的开始,尽管北极空气污染的第一次有记录报告(这个流行词“北极阴霾”)于1956年出版(米切尔1956)。兴趣重燃的性质和起源的“北极阴霾”是由于越来越多的证据表明在此期间发现空气污染不仅局限于小城市或周边地区工业来源,但可以被移除之前长距离的传输到地球表面。这一发现让我们得出这样的结论:北极大气污染,即使它没有本地污染源。一些科学家回到了观察“北极阴霾”由Mitchcll在1950年代早期和冰晶阴霾的格林纳威(加拿大飞行lieutanant)在1940年代末和指出,他们不仅只是一个冰晶或指示风吹尘,而是来自中纬度地区的空气污染。从这个时间,认为北极是一个下降的地方初始状态地球的存在,可以作为参考来衡量人类对地球的影响。

越来越意识到人类活动也可以摧毁世界最偏远的地区的环境激励科学家开始更详细的研究这个问题。在过去的30年里,不同学科的科学家努力主要来自加拿大、丹麦、挪威和美国,包括冰川学家,气象学家,和大气化学家导致显著增加我们的知识关于空气污染在北极。在此期间数以百计的作品被发表。尽管如此伟大的科学兴趣,特别是在“北极阴霾”的问题,仍有许多问题尚未解决的(详情见Karlqvist和Heintzenberg 1992)。目前,存在几个好评的知识的当前状态,读者可以找到比这里将有更多的细节(例如,AG ASP 1984;巴里1986;斯通豪斯1986;Heintzenberg 1989;Jaworowski 1989;斯特奇斯1991; Barrie 1992; Shaw 1995).

Jaworowski(1989)著名的四种类型的污染物来源在北极环境:(1)当地自然、当地人为(2),(3)远程自然,和(4)远程人为。大多数科学家认为,目前观察到的污染物水平,明显高于他们之前工业时代,是由第四类型的源和有一些证据支持这种观点。然而,并不是所有的科学家都赞同这一观点(sec .laworowski 1989)。从气候角度来看,最重要的污染物在北极是长寿的温室气体(如二氧化碳、甲烷和氟利昂)一方面,短暂的气体建立“北极阴霾”。众所周知,温室气体表现出更甚至地理分布及其浓度在北极是同级的其他地区。出于这个原因,每个出版分析这些气体浓度的变化(在日常、季节性和更长时间尺度),可以采用他们的源和汇,等来描述温室气体在北极。在这里,一个人应该只提到系统的二氧化碳浓度的测量表面附近北极巴罗附近空气始于1961年,阿拉斯加。这样测量的辐射活性气体后来开始明显(在1970年代或1980年代)。另一个重要的事实是,温室气体浓度的增加会导致北极变暖明显大于在低纬度地区。这样一个预测有限公司——大多数气候模型中给出了两倍(见第11章)。

Figwe 8.1。主要化学成分在北极霾粒子<我^倪半径。他们的平均总质量是8 ng trr \ 30% m不确定化学分析;29%没有被列在这张图表Heintzenberg后(1989年)。

本章,另一方面,将专注于“北极阴霾”的问题作为一个定义良好的空气污染在北极,气候影响通过大气压的辐射平衡的变化raybet雷竞技最新

Figwe 8.1。主要化学成分在北极霾粒子<我^倪半径。他们的平均总质量是8 ng trr \ 30% m不确定化学分析;29%没有被列在这张图表Heintzenberg后(1989年)。

phere。化学成分的“北极阴霾”首次分析了Rahn et al .(1977)基于测量在巴罗4月12日至1976年5月5日。它的平均成分提出了如图8.1所示。的主要组件是硫酸盐(31%)、硝酸盐(6%)和元素碳(2%)。不过,约60%的粒子的“北极阴霾”身份不明,但弧认为有机起源。相当大的一部分待定部分可能是水。烟雾粒子的大小从0.05到1吉姆和振荡sourccs的联合效应的结果,转换和下沉过程(Hcintzenberg 1989)。在运输期间从一个遥远的源(5 - 10天)最最小的(< 0.05 pm)和最大(> 1 (im)粒子被凝固和沉积,分别。

图8.2。季节性变化的北极阴霾的硫酸浓度测量在新奥勒松,斯匹次卑尔根在1978 - 1984年。玫瑰油el al的数据。(1986)。给出了浓度在| ig / - S m 3。测量值下降wilhin阴影区域Hcintzenberg后(1989年)。

图8.2。季节性变化的北极阴霾的硫酸浓度测量在新奥勒松,斯匹次卑尔根在1978 - 1984年。玫瑰油el al的数据。(1986)。给出了浓度在| ig / - S m 3。测量值下降wilhin阴影区域Hcintzenberg后(1989年)。

霾污染的强劲的季节性变化在1970年代末首次观察到巴罗。后来,北极地区的其他部分进行测量显示,这一趋势存在于整个北极。最长的化学时间序列(1978 - 1984)的北极空气污染来自新奥勒松,斯匹次卑尔根(玫瑰油et al . 1986年)。图8.2给出了硫酸浓度的季节变化,这是“北极阴霾”的主要成分。最大的硫酸浓度测定在3月份新奥勒松和最低从6月到9月。冬季浓度

10到20倍的夏天。此外,人们认识到,在冬天的北极霾粒子主要是人造的起源,而在夏天,他们主要来自天然来源。解释这种季节性差异的原因,分析污染源及其运输通道必须考虑,以及一些气象条件。根据Raatz(1991)、工业源区域覆盖大面积的中纬度似乎主要贡献者北极空气污染(美国/加拿大东南部,东北西部和东欧,苏联西部乌克兰,乌拉尔南部,西伯利亚西部,韩国,和日本)。中国东部这个列表还应该补充说,根据一些其他来源(例如,Rahn萧伯纳1982年,巴里1992)。所以,每年排放(“北极阴霾”)的主要成分是最高的在这些地区(图8.3)。从不同的天然来源的“北极阴霾”,Raatz(1991)给中国北部和西部的沙漠和苏联南部,以及撒哈拉沙漠非洲的。

图SJ的年排放量,(10 *吨)在北半球地区影响北极(巴里1986 b)。

上述每个来源的重要性导致北极空气污染取决于其力量,靠近北极地区(或北极群众),和天气情况有利于向极流的频率。的大小向极运输污染中纬度的季节性变化明显取决于极面(Rahn和麦卡弗里1980)。在冬季极地前转移到南方(40 - 50 N)和最北工业区的谎言。在这种情况下,被污染的空气质量可以很容易地到达北极。的主要途径之间的交通污染气溶胶的中纬度地区和北极如图8所示,4。

图H.4。污染物的主要来源和途径运输情理之中与北极之间(Rahn和肖后1982)。

此外,强大的地基温度反演经常发生在这一次(见第4章)导致大气稳定,这反过来,抑制了湍流之间的转移大气层。因此,也只有弱降水的发生,消除从北极大气气体和气溶胶是大大削弱。在夏天,极面位于北部最重要的工业中心和交通污染的空气明显较小。此外,到达北极的污染在这段时间会迅速被淘汰,因为该地区多雨和雪在夏天比冬天。北极的气候和气象的细节空气污染看到Raraybet雷竞技最新atz (1991)。

问题仍然在霾主要来自一个地区或区域的组合。在1980年代早期,大气科学家提出了下面的场景,也就是这里引用afl巴里(1992):“北美东部和东南部来源相似特性,使他们不太可能贡献得霾污染的北部地区。他们在低纬度地区(25°-50°N)比欧亚来源(40 N - 65°N)和大陆的东部立即逆风的海洋(大西洋和太平洋)。他们的工业废料打击主要是东部,被雨水冲刷出来的海洋。相比之下,欧亚污染吹东北土地而在冬天是一个寒冷,冰雪覆盖极地沙漠。遇到下雨或下雪洗它从大气中。在夏季,运动欧亚污染北极是弱,因为风吹北部的频率更低,因为有更多的雨水清除途径向北。”Barrie et al (1989), working on the化学品运输模型,发现,大多数的污染一年(96%)进入北极从欧亚大陆;提醒(4%)来自北美(图8.5)。霾污染来自欧亚大陆大约是平均分布在西欧,东欧和苏联。

经度

图8.5。进入(他北极圈的硫量风在一年(1979年7月- 1980年6月)根据纬度。结果所有污染,然后为每个区域主要来源,结合,贡献96%的总硫进入北极巴里后(1992年)。

经度

图8.5。进入(他北极圈的硫量风在一年(1979年7月- 1980年6月)根据纬度。结果所有污染,然后为每个区域主要来源,结合,贡献96%的总硫进入北极巴里后(1992年)。

应该在这里提到,并不是所有科学家分享这些意见上面的场景(见Jaworowski 1989;着!和拉斯穆森1993)。Jaworowski(1989)写道:“……目前的研究没有提供任何证据,明确确定了各自的贡献从人为和自然排放源,远程传送的杂质进入北极气氛”。最重要的一个论点的人为“北极阴霾”是钒的浓缩。Rahn和肖(1982)指出,钒(超过1.5倍)的富集因子提供了一个极其敏感测试的人为污染气溶胶的自然特征,Jaworowski(1989)批评这种假设,因为它不一致的结果研究表明很多重金属,包括钒,丰富了好几个数量级在空气中的尘埃,在发达地区和远程的如南极,格陵兰岛中部,tnid-oceanic地方。这意味着,而这个浓缩是由于自然过程(Ducef / al。1975;Jaworowski等等。1981)。 Jaworowski (1989) further writes that "...also the ratios of concentrations of particular elements in aerosol samples and their distribution in variously sized fractions of particles, have only a hypothetical character and are of uncertain value for detailed identification of emission sources of arctic pollutants". Seasonal variations of air pollution in the Arctic also cannot be used as an indicator of the anthropogenic influence because such variations occur in the lower latitudes too. In addition, Jaworowski (1989) adds that the precipitation patterns in the Arctic may also contribute to the spring maximum of pollutants in the air. The surface-based temperature inversions and anticyclonic situations, both of which occur very frequently in spring, also have a similar influence on pollution. The general conclusion of the Jaworowski (1989) critique is that a quantitative estimate of the relative contributions of human and natural sources to arctic pollution with heavy metals, mineral, acids, etc. will not be possible until the long-term observations of the temporal trends of contaminants in the arctic air become available.

从列表中未解决的问题的有关“北极阴霾”(例如,非常不完整的知识水平和垂直分布的组件甚至“北极阴霾”)由Heintzcnberg(1989),一个人可以理解点Jaworowski(1989)的批判。因此Jaworowski的观点,在某种程度上,已经确认的测量和分析30在北极阴霾和气体清洁北极空气在北极气体和气溶胶采样计划(AGASP)在1983年的春天,1986年和1989年(Khalil和拉斯穆森1993)。寻找可能的起源的阴霾Khalil和拉斯穆森(1993)使用聚类分析痕量气体的区域特征在中部和北部高纬度地区地面站点。基于这种分析,他们认为,“北极阴霾”中的微量气体不来自中国和不太可能来自北美和西欧。进一步他们得出结论说,北极污染必须来自东欧和俄罗斯的工业地区。目前的讨论,最重要的一点要注意的是他们发现烟雾来源于不是在遥远的地点在俄罗斯,但是从北极圈内。着!和拉斯穆森(1993)认为,工业活动科拉半岛摩尔曼斯克(大城市),涉及csgo雷竞技 采矿作业,和军工产品,可以释放大量的haze-producing污染物进入北极大气,可能因此导致北极的阴霾。最近哈里斯和卡尔(1994)也发现Ni-Cu熔炼复杂在诺里尔斯克镍业可能是烟雾的主要原因之一。基于上述因素,现有的意见,表示最近Raatz(1991),当地资源在内部北极通常点源弧只有当地的重要性和贡献小arctic-wide现象称为“北极阴霾”,必须修订。

气候的重要性的北极阴霾的结果影响大气的辐射平衡,在它短波和长波组件。太阳能范围内(0.3 - 3.0 | iim),霾粒子都反映入射辐射回太空的一部分,吸收它,主要是由黑色的元素碳(烟尘)。在地面红外光谱(> 3 | tm)阴霾穗可以增加大气的辐射冷却效率在高相对湿度(1991年1987年浴衣和列表,睡衣)。在潮湿空气“北极阴霾”形式的小水滴或冰晶体积达到两个数量级大于干气溶胶粒子。因此,大幅增加的气溶胶光学深度发生特别有效的8-l2 ^我窗口地区。由于地表温度反演,霾层的顶部可以I0-20“C比表面温度变暖。因为作为灰霾层热辐射,他们可以增加我的冰面长波辐射2 W / nr(1987年浴衣和列表)。大多数作者(如睡衣1991;肖1995)的净效应估计,北极阴霾的辐射平衡的氛围是积极的。然而,Karlqvist Heintzenberg(1992)认为“…at present it is not possible to predict with any certainty whether the effects of 'Arctic haze' are positive or negative; in other words whether this form of pollution adds to the greenhouse effect or contributes to a cooling of the atmosphere." For more details about relations between 'Arctic haze' and climate see, e.g., Blanchet and List (1987), Valero et al (1988), or Blanchet (1991).

通过河流径流污染物也可能进入北极和海洋环流。根据Gobeil et al。(2001)这些途径,尤其是海洋,可能在更长一段时间,然后大气的途径更重要。更多细节见引用的论文。

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