生活在当下的人们或许早已对雾霾、污染这些词汇烂熟于心，或许早已习惯于打开手机查看空气质量和天气情况。有人说大气污染是我国大城市的“通病”，但你是否想过，在遥远的极地，冰天雪地里同样会有大气污染的出现？

大气污染无国界

大气气溶胶，指的是大气中固态颗粒物（沙尘、有机物、碳粒、无机盐等）、小液滴（水和一些物质的溶液）等悬浮在大气中，以气体为载体形成的多相混合体系。这些颗粒物的粒径很小（0.1-微米），一般肉眼难以看到，除非聚集形成大范围、高浓度的粒子群，比如沙尘暴、雾霾、焚烧烟尘等。

大气气溶胶种类复杂，根据来源大体可以分为自然源和人为源两大类。自然源气溶胶为自然现象所产生，包括被风带入空中的沙尘和土壤等地表物质、森林火灾与火山爆发排放的烟尘、海浪溅沫等。人为源气溶胶主要由人类活动产生，包括道路扬尘、煤和石油等燃烧和工业活动所产生的固体烟尘颗粒等，以及人为活动产生的二次颗粒物等。我们所说的雾霾污染，一般指的是以人为排放的烟尘、二次颗粒物等细颗粒物为主的气溶胶，会极大地影响能见度和人体健康。

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极地是地球上为数不多的“净土”，但也正是这个原因，极地对大气环境的变化十分敏感。既然极地远离人类集中生活的区域，为什么还会出现大气污染？这是因为大气的流动性，中高纬度地区产生人为源或自然源气溶胶，其中一些较细小的颗粒物会被输送到高层大气，之后随着大气环流到达地球其他区域。

对于北极地区来说，本地产生的主要是自然源的海盐气溶胶和冰雪粒子等，而从欧洲、亚洲和美洲等地传输而来的气溶胶则可能包括燃烧烟尘、二次气溶胶等污染物。这些颗粒物到达极地，除了造成环境问题，还会对区域性气候带来影响。例如，主要来源于燃烧排放的黑碳气溶胶，对太阳辐射有较强的吸收能力，当黑碳存在于极地大气中，会吸收能量而加热大气；当黑碳降落到极地冰雪表面，则会降低地表反射率，增强地表吸收热量，加剧冰雪融化，进而影响全球气候。

外部传输细颗粒物成为极地大气污染主因

那么，这些由外部传输而来的气溶胶对极地气候和环境的影响如何评估？近期，中科院空天信息研究院环境遥感技术研究室联合美国、加拿大等国家的科研团队，利用全球气溶胶观测网AERONET在北极地区的长期遥感数据，首次反演获得了北极地区高气溶胶浓度下的整层大气气溶胶化学成分含量，包括黑碳、棕色碳、沙尘、海盐、 盐类（散射性细粒子）和水的柱质量浓度。该研究成果发表于Nature集团出版刊物ScientificReports。

图1研究选择的北极地区8个观测站点

此次研究选择了北极圈内的8个长期观测站点，分布于美国阿拉斯加州、加拿大北部、格陵兰、俄罗斯北部、北欧等地区，以及北冰洋上的部分海岛。研究发现，北极地区高浓度污染气溶胶的成分中，质量占比 的是散射性细粒子成分，质量比例平均达到68%。其他成分含量则相对较少，特别是自然源为主的沙尘和海盐成分。黑碳和棕色碳成分，虽然含量较低，但对太阳辐射吸收的贡献高达98%。

结合后向轨迹模拟（HYSPLIT）分析，科研人员发现了两类北极地区典型污染气溶胶的主要来源和成分特征：一类是来源于欧洲大陆的污染气溶胶，其中散射性细粒子成分的质量占比高达90%；第二类是来源于北美、东亚的生物质燃烧气溶胶，其中碳质成分含量较高。

图2北极地区高浓度气溶胶成分反演结果：（a）总质量浓度及各成分比例；（b）黑碳、棕色碳和沙尘的光学吸收；（c）气溶胶吸光模型与仪器观测值对比

图3北极地区污染气溶胶成分干物质质量浓度（TMCdry）及污染来源后向轨迹分析

在此基础上，研究人员对北极气溶胶的光学、微物理、化学和辐射特性进行了系统性的分析。研究结果显示，北极地区的气溶胶光学厚度（反映气溶胶总量）和细粒子消光比例均表现出了一定的随空间和季节变化的特征，这些变化与气溶胶的远距离传输密切相关，反映了北极地区大气颗粒物污染的主要特点。研究发现，高污染气溶胶基本由细颗粒物主导，细粒子对气溶胶总消光的贡献达到90%以上。另外，辐射计算结果表明，高浓度气溶胶对北极地区大气层主要表现出正辐射强迫，其中绝大部分来源于黑碳成分的贡献，反映了这种强吸收性成分对极地大气的增暖作用。

结语：

随着气候变化和环境污染等问题越来越全球化，如今北极地区也难以幸免。面对地球的这些“疑难杂症”，应该如何进一步用好“遥感”这个强大的工具诊断病情，以便对症下药，是遥感科学工作者们需要认真考虑和解决的问题。

来源：中国科学院空天信息研究院（筹）