第一份全球货船污染地图揭示燃料法规的影响

由UMBC的Tianle Yuan领导的一项新研究使用2003年至2020年的卫星数据来确定燃料法规对货船污染的影响。研究团队的数据显示，在2015年和2020年法规生效后，硫污染发生了重大变化。他们广泛的数据集也有助于回答一个更大的问题:污染物和其他颗粒如何与云相互作用，从而影响全球整体温度?

大气中的微小颗粒被称为气溶胶，包括污染物，会损害人类健康，但由于它们与云层相互作用的方式，它们也经常对地球产生冷却作用。然而，对这种影响程度的估计是10倍——对于如此重要的事情来说，这并不十分精确。

戈达德地球科学技术与研究(GESTAR) II中心的副研究科学家袁说:“气溶胶造成的冷却程度目前是一个很大的未知，这就是船只轨迹的作用。”

海量数据

当来自船只的污染物颗粒进入大气低层的云层时，它们会减小单个云滴的大小，而不会改变云的总体积。这会产生更多的液滴表面积，从而将更多进入地球大气层的能量反射回太空，从而冷却地球。

卫星上的仪器可以探测到液滴大小的这些差异。而且海洋上空的空气通常非常干净，这使得在海洋上蜿蜒而过的相对狭窄的船只轨迹很容易被发现。“大部分原始云是未受污染的，然后其中一些被飞船污染了，所以形成了对比，”袁解释说。

虽然在卫星数据中，船只的轨迹相对明显，但你必须知道去哪里寻找，并有时间和资源进行搜索。袁说，在计算能力和机器学习进步之前，博士生可以把整个论文集中在识别卫星数据中的一组船只航迹上。

“我们所做的就是自动化这个过程，”袁说。他的团队“开发了一种算法，可以从海量数据中自动找到这些船舶航迹。”

这一巨大的进步使他们第一次能够在较长时间内(18年)生成全面的全球船舶轨迹地图。接下来，他们将与世界分享这些数据——为任何人挖掘数据并做出进一步发现打开了大门。

消失的行为

即使在污染限制法规实施之前，袁和他的同事们也发现，船只的航迹并不会在船只航行的任何地方出现。只有某些类型的低云层覆盖区域有船舶航迹，这对于调整云在气候模型中的作用是有用的。他们还发现，2015年欧洲、美国和加拿大在其海岸线上设立排放控制区(eca)后，这些地区的船舶航迹几乎消失了，这证明了此类法规对减少港口城市污染的有效性。

然而，航运公司并不一定会全面减少污染排放。相反，他们做出改变以适应新规则。墨西哥北部的港口(不属于ECA系统的一部分)的活动增加，随着船只改变航线，在限制区域内尽可能少地停留几英里，污染“热点”沿着ECA边界逐渐形成。

然而，在2020年，一项国际协议为在全球海洋中运输燃料设定了更加严格的标准，而不仅仅是在海岸线附近。在那之后，该团队的算法只能检测到最干净的云层中的船只航迹。即使在背景污染较轻的云层中，假定的船只航迹也会混入其中。

气候难题

减少船舶污染显然会产生净效益。然而，由于颗粒(如航运污染)在与云层相互作用时会产生冷却效应，大幅减少它们可能会导致全球气温上升。

这也是确定颗粒物污染使地球降温的程度很重要的另一个原因。如果这些污染物和其他颗粒的冷却效应显著，人类将需要在防止大范围变暖与减少人类和其他物种居住地的污染之间取得平衡——这就产生了困难的选择。

“光是船舶污染就能产生显著的降温效应，”袁说，“因为海洋上空的大气是如此清洁。”云滴的大小是有物理限制的，所以在一定程度上，增加更多的污染并不会增加云的冷却效果。但在海洋上空，由于背景基本未受污染，即使来自船只的少量污染也会产生影响。

海洋污染也是气溶胶冷却效应的一个巨大驱动因素，因为最有利于形成船只航迹的低云在水上比在陆地上更常见。而且，正如袁隆平提醒我们的，“海洋覆盖了地球表面的三分之二。”

更大的图景

展望未来，袁和他的同事们正在帮助解决这个难题，继续他们的工作，更精确地定义云在气候中所起的作用。“我们可以利用我们现在拥有的数百万个船舶航迹样本，开始掌握气溶胶-云相互作用的整体问题，”袁说，“因为船舶航迹可以用作小型实验室。”

通过分析来自一个相对简单和控制良好的系统的数据——狭窄的船只轨迹穿过非常干净的云层——他们可以得出自信的结论。”

其他研究团队也可以使用该团队的数据集和算法得出自己的结论，放大这项工作的潜在公众影响。这种合作精神将帮助科学家和社区确定如何最好地应对污染和温度变化等全球性挑战。bet188真人

参考:袁涛，宋华，伍德瑞，等。从船舶燃料的硫磺规定减少全球航迹。Sci副词．2022; 8 (29): eabn7988。doi:10.1126 / sciadv.abn7988

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