O1d H2o 2哦
这个例子还显示了其他大气成分的变化如何通过其生命周期的改变反馈给温室气体。臭氧水平影响其他辐射气体的丰度，并改变臭氧本身的丰度。因此，注意涉及臭氧的反馈是非常重要的，臭氧是一种重要的人为温室气体。臭氧影响化学活性辐射气体丰度的方式是通过改变对流层氧化这些物质的能力。例如，对流层臭氧丰度的增加将导致OH的产生增加，这反过来又影响到对流层物种的寿命。氧化能力的增加，加上碳氢化合物和氮氧化物的排放，导致臭氧本身的进一步产生(即碳氢化合物和氮氧化物的增加导致臭氧的更多产生[Seinfeld和Panis, 1998])。
显然，上面的例子并不简单。气相羟基自由基的增加也能提高气相过氧化氢(H2O2)的丰度。H2O2氧化液滴中的SO2。因此，即使OH的增加会增加硫酸盐的生产速度(无论是通过气相反应还是通过液相反应)，对大气的影响可能是不同的。气相氧化H2SO4会在现有颗粒较少的情况下导致新颗粒的爆发，而液相氧化只会使现有颗粒生长(Seinfeld和Panis, 1998)。较大数量的粒子与相同质量的较大粒子的结果是不同的。例如，在相同的水蒸气量下，前者可能比后者产生更亮的云(Twomey, 1991)。
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氮的氧化物
图6.1臭氧和羟基自由基之间的反馈的简化说明。
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图6.1臭氧和羟基自由基之间的反馈的简化说明。
与其他温室气体不同，臭氧是由其他排放产生的光化学反应(图6.1)。臭氧的这种独特性质使得它的丰度非常容易受到其他大气丰度和条件变化的影响。除了它的直接作用温室气体、臭氧也是白天OH自由基和晚上NO3自由基的前体，它开始了大多数大气物种的降解。臭氧本身是各种烯烃有机物种的气相氧化剂，也是许多硫物种的液相氧化剂，特别是可以转化为硫酸的SO2 (Seinfeld和Panis, 1998)。因此，大气变量的变化可以改变臭氧丰度，并通过臭氧驱动反馈。碳氢化合物、氮氧化物和阳光决定了对流层臭氧的产生;OH自由基是其生成的启动剂。所有这些物种的丰度都会影响臭氧的产生。气候变量对OH丰度的影响已在前面讨论过。碳氢化合物的排放受到人为源和生物圈的控制。氮氧化物的丰度由排放(人为的和自然的)和闪电产生控制。因此，大气臭氧与生物圈、水循环、云和温度之间的联系是明显的。 This is an example of how atmospheric variables and their changes can lead to a feedback in the chemical system.
控制气候、化学和气溶胶相互作用的因素概述raybet雷竞技最新
对流层氧化能力的增加将导致物种产生和毁灭速度的变化，从而导致气溶胶的产生和增长。显然，对流层中的气溶胶有很大一部分是由导致可凝结化学物质的气相排放产生的。水和这些化学物质，无论是单独存在还是与其他冷凝物一起，都会导致气溶胶的产生。例如，硫酸盐气溶胶是由SO2氧化生成气相硫酸，在水蒸气存在下冷凝(有时与其他物种如氨)产生硫酸盐气溶胶。因此，OH的增加会导致更多的H2SO4，从而产生更多的硫酸盐。因此，在活性物质的丰度和气溶胶之间存在直接耦合。云的形成、维持和组成的关键因素之一是所需要的云凝结核。通过各种研究，我们知道云凝结核可以由在大气中处理的气溶胶产生。大气处理可以将云凝结核所需要的独特特性转化为气溶胶粒子。对流层中的氧化剂可以改变气溶胶的表面(甚至体积)。例如，一个疏水的有机气溶胶(或涂有有机层的气雾剂)可以氧化产生化学官能团，将疏水气雾剂转化为亲水气雾剂。亲水气溶胶是大气中许多过程的关键，特别是对大气云的形成凝结核。因此，气相组成的变化可以改变气溶胶的吸湿性，从而改变气溶胶诱导液滴成核的能力(即云的形成)。此外，存在大气中的气溶胶由于气溶胶上或气溶胶中发生的多相和多相反应，极大地改变了大气的成分。非均相和多相反应对成分的影响可能是巨大的，就像南极臭氧空洞的情况一样。它们也可能不那么引人注目，但对全球预算来说意义重大。例如，气溶胶将活性氮氧化物转化为硝酸，从而降低了大气光化学生成臭氧的能力。因此，化学过程，加上大气中气溶胶的产生，将大气化学过程与重要的云反馈机制。
生物圈与大气相互作用，这些相互作用对气候系统有重大影响。raybet雷竞技最新大气中的大量化学物质来源于生物圈。这些气体包括甲烷、改变对流层化学性质的碳氢化合物、来自陆地区域的气溶胶前体以及来自海洋的二甲基硫化物(DMS)、甲基溴、有机物和其他物质。特别值得注意的是来自海洋的DMS排放;这种排放被认为是对气候系统的一种可能的反馈(Charlson等人，1987;raybet雷竞技最新肖,1983)。这一广为宣传的反馈将二甲基硫化物氧化产生的气溶胶和随后地球云量的变化与表面温度和日照联系起来，然后影响海洋中DMS的排放。DMS向大气排放的增加导致硫酸盐气溶胶产量的增加。在这一假设中，硫酸盐产量的增加预计会改变云的性质，从而减少进入的太阳辐射，从而使表面冷却并减少日照。Charlson等人(1987)对地表的这种变化是否会增加或减少DMS排放留下了疑问。 Such a feedback system clearly connects the temperature and insolation changes with oceanic emissions, to gas phase processes, to cloud processes, to radiation changes.
反馈中的某些联系具有一定的支持，例如南半球云量、非海盐硫酸盐和海空DMS通量的季节相关性(Ayers et al.， 1991;Boers et al.， 1994)。也有一些初步的证据表明，海-空气DMS通量和表面太阳辐射之间存在正相关关系，这表明反馈可能是负的(见第8章)。相比之下，Bates和Quinn(1997)发现赤道水域的DMS输出是不变的，并得出结论，DMS排放与大气和海洋变量之间的联系仍然“难以捉摸”。总的来说，机械论的理解还远远不够完整。例如，DMS与OH反应之外的反应途径尚不清楚(Davis et al.， 1999)，云滴数与云凝结核之间的关系也不清楚(Lohman et al.， 1999)。如第八章所述，海洋浮游生态系统对DMS的处理才刚刚开始阐明。因此，这一涉及DMS的强气候反馈过程假设处于不确定状态。raybet雷竞技最新
如上所述，气相氧化与新粒子形成之间的联系及其与云凝结核形成的耦合是纯化学过程与其他大气反馈之间耦合的一个例子。
化学与输运相互作用
由于输送过程的变化或水蒸气的增加而引起的对流层上层反应物种丰度的变化是化学和其他大气反馈过程之间耦合的另一个例子。随着气候变暖，raybet雷竞技最新对流层上层水汽的递减率和丰度将发生变化(见第3章)。这些变化将影响化学物质向对流层上层的运输和混合，以及它们在对流层上层的化学转化。
作为oh前体的活性物质(如丙酮、过氧化氢甲酯、甲醛或乙醛)垂直运输的变化将增强对流层上层的化学反应性，并增加大气中这一辐射关键区域臭氧的产生。如果氮氧化物和其他活性成分一起被运送到对流层上层，这是特别有效的。
平流层化学-地表气候相互作用raybet雷竞技最新
平流层的变化及其对对流层的影响也很重要。温室气体的增加或破坏平流层臭氧的化学物质的释放会在平流层中产生巨大的动态变化，从而影响表面气候。raybet雷竞技最新在平流层内，化学过程、辐射过程和动力过程都是强耦合的。平流层臭氧丰度的变化及其未来水平可以被温室气体驱动的平流层温度和水蒸气的变化所改变。由于二氧化碳、甲烷和水蒸气的增加，平流层表面的温室效应变暖以及平流层的冷却可能会推迟预期的臭氧层恢复，臭氧空洞可能会持续更长时间，北极臭氧消耗可能会持续超过目前估计的时间。这些变化将影响对流层中可用的紫外线辐射。此外，臭氧变化对对流层的动力学和传输后果也可能是显著的(Hartmann等人，2000年;辛德尔等人，2001;汤普森和所罗门，2002)。
区域气候-空气化学raybet雷竞技最新相互作用
全球气候变化的影响将是化学成分、紫外线水raybet雷竞技最新平、沉积速率、排放速率、降水速率和其他变量的区域变化。因此，区域和城市空气质量将受到全球气候变化叠加区域和本地条件的影响。raybet雷竞技最新例如，由气候变化引起的水蒸气变化将影响当地和区域臭氧的产生以及化学品从排放地点清除的速raybet雷竞技最新度。全球尺度的变化也将改变物种进出特定感兴趣区域的运输方式。因此，在特定地区或地点达到空气质量标准的要求将受到气候变化的影响。raybet雷竞技最新
控制化学反馈的因素
通过大气化学过程受到温度、水蒸气丰度和其他气候变量变化的影响的过程是raybet雷竞技最新
1.气相氧化过程;
2.非均相和多相化学过程;
3.光解的流程;
4.大气成分的输送和混合;
5.控制物种进入大气通量的陆地和海洋源的排放;而且
6.从大气中去除化学成分的大气降解产物和成分的沉积。
这些过程也受到紫外线等因素的影响辐射通量进入大气层，然后流出大气层。这些过程在模型中的表示是识别和量化反馈作用的关键。
制定科学的战略
如上所述，大气中有许多化学反馈;其中大多数已经定性地确定，其中一些已经在有限的程度上进行了评估(即，反馈的符号是已知的，在某些情况下，大小是粗略知道的)。本文中讨论的其他反馈对大气化学反馈的影响可能很大，并极大地改变了对区域和城市空气质量等关键领域的影响。定量评估本章概述的反馈对整体的影响辐射平衡，地表温度变化，或其他一些“影响代理”是缺乏的。许多大气化学反馈在原则上得到了确认，并由其支持者进行了半定量评估;但是，可靠的量化还有待科学界达成共识，包括对关键过程进行更准确的处理，并将其整合到综合模型中。处理气候-空气化学反馈的第一步是更好地理解造成感兴趣的化学物种raybet雷竞技最新形成和破坏的大气过程。必须充分理解这些过程，以便定量地评价它们。这种量化需要对化学过程(例如，其速率、产物、其随大气条件的变化)有详细的了解，并需要对当前大气的组成有准确的了解。由于气候系统的时空复杂性、输送和混合过程的作用以及许多反馈过程的局地性质，有必要将这些过程纳入全球raybet雷竞技最新气候模式，以检验其全球意义并评估其局部后果。由于许多感兴趣的物种，特别是气溶胶，在空间和时间上是高度可变的，因此模型的分辨率必须足够(例如，1o x 1o，除非明确模拟对流等过程，这需要更高的分辨率)，以捕捉过程中的非线性。模型中过程的表示必须是自然的足够忠实的表示，以处理过程中的非线性及其与其他地球系统过程的耦合。在计算反馈的贡献之前，这样的进步是必不可少的。
当对空气化学和气候耦合的基本过程有了充分的基本了解后，这些过程应纳入区域和全球大气气候模式。raybet雷竞技最新这些模式对于整合和量化关键的气候化学反馈至关重要。raybet雷竞技最新需要区域模式来评估详细的排放-化学-气候相互作用，需要全球模式来评估与大气环流和更广泛的地球系统的相互作用。raybet雷竞技最新
气溶胶及其研究也值得特别关注。虽然研究气相过程的范式似乎已经相当完善，而且已经相当成功，但关于气溶胶的研究还处于非常早期的阶段。目前，关于其组成、表面特征及其时空变化的知识充其量只是初步的。导致气溶胶产生的过程(成核过程)不能单独解释目前对气溶胶分布的观测结果。因此，必须阐明气溶胶的物理和化学过程，这些过程对气候的依赖性，以及气候-化学相互作用对气溶胶光学特性的影响。raybet雷竞技最新它们可以分步骤完成(例如，观察和理解气溶胶如何随条件变化，将大气条件与气候变量联系起来，并在不同的温度、湿度和成分条件下测量光学特性)。raybet雷竞技最新
研究需求总结如下:
•需要全面了解碳质气溶胶的排放、大气负担和最终汇。这类气溶胶包括广泛的不同种类，通常被简单地描述为有机和元素或烟灰。它们充当温室气体，可以使气候变暖(煤烟)或变冷(有机)，并改变云层和水文循环。raybet雷竞技最新为了了解人为活动在改变碳质气溶胶大气负担方面的作用，需要使用相同的技术对排放源和大气中的气溶胶进行物种测量，以便将大气负担归因于特定的来源。此外，需要为每种碳质气溶胶制定绝对校准的排放清单，以便对大气测量提供对全球模式的真正检验。这应该包括机载、卫星和地面观测。由于仪器仪表、数据缩减算法和输入数据的改进，机载和卫星测量变得更加可行。目前正在研究减少现有卫星数据以获取气溶胶光学深度。
•需要确定碳质和其他气溶胶与云和水文循环相互作用的过程和全球条件范围。需要对影响气溶胶辐射、云凝结和冰凝结特性的关键大气过程进行表征。应开展密集的区域测量活动(在地面、空中和卫星上)，专门为改进全球气溶胶模型而设计，以便对过程的改进知识可以直接应用于用于评估未来气候变化情景的预测模型。raybet雷竞技最新需要更好地利用最近发展的仪器来测量气溶胶的化学成分，测量原位消光和散射的能力，微物理建模的进展，以及其他辅助输入数据的可用性。这些特征描述应该与其他领域、实验室和建模研究一起完成，以改进过程理解所需的数据库。
•需要量化控制对流层臭氧丰度的关键过程，包括但不限于平流层流入;前体物质如NOx、CO和VOC的自然和人为排放;生物燃料燃烧和城市烟柱产生的臭氧净输出;以及地表臭氧的损失。需要改进化学-气候反馈的类型和大小的描述，这将导致这些过程与未来气候变化的改变。raybet雷竞技最新
•化学反馈可以导致的变化大气一生需要通过仔细整合模型和测量来确定和量化(这可以等效地定义为全球平均OH丰度的测量);仅仅从测量中得到这些反馈还没有明确的方法。对流层OH的这些反馈包括平流层臭氧消耗、未来气候中温度和水蒸气的增加、自然生态系统和人类活动中NOx和CO排放量的变化、NOx闪电产生的变化，当然还有CH4丰度的增加。raybet雷竞技最新
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