地平线上的乌云：迄今为止最准确的大气中黑碳测量

我们的工业化社会向世界释放了许多各种各样的污染物。特别是燃烧会产生包括黑碳在内的气溶胶物质。虽然这只占气溶胶颗粒的一小部分，但黑碳由于其吸收热量和阻碍雪等表面的热反射能力的能力而特别成问题。因此，了解黑碳如何与阳光相互作用至关重要。研究人员已经将黑碳的折射率量化到最准确的程度，这可能会影响气候模型。

推动气候变化的因素有很多;有些是非常熟悉的，例如燃烧化石燃料产生的二氧化碳排放，水泥制造产生的二氧化硫或畜牧业的甲烷排放。同样来自燃烧的黑碳气溶胶颗粒在新闻中报道较少，但特别重要。

本质上是烟灰，黑碳非常擅长吸收阳光中的热量并将其储存起来，从而增加大气热量。同时，鉴于深色在反射光和热方面效果较差，因为黑碳覆盖了包括雪在内的较轻表面，它降低了这些表面将热量反射回太空的可能性。

“了解黑碳和阳光之间的相互作用在气候研究中至关重要，”东京大学地球与行星科学系的助理教授Nobuhiro Mateki说。

“在这方面，黑碳最关键的特性是它的折射率，基本上是它如何重定向和分散入射光线。然而，现有的黑碳折射率测量是不准确的。我和我的团队进行了详细的实验来改善这一点。随着我们改进的测量结果，我们现在估计目前的气候模型可能低估了黑碳对太阳辐射的吸收，大大低估了16%。

以前对黑碳光学特性的测量经常受到诸如缺乏纯样品或难以测量与不同复杂形状颗粒的光相互作用等因素的混淆。Moteki和他的团队通过捕获水中的黑碳颗粒，然后用硫酸盐或其他水溶性化学物质分离它们来改善这种情况。通过分离颗粒，该团队能够更好地分析它们的散射方式，这为研究人员提供了计算折射率值的数据。该论文发表在《气溶胶科学与技术》杂志上。

“我们测量了从水中分离的黑碳样品散射的光的振幅，强度，相位或步长，”Moteki说。“这使我们能够计算出所谓的黑碳的复折射率。复杂，因为它不是单个数字，而是一个包含两部分的值，其中一部分是“虚数”(与吸收有关)，尽管它的影响非常非常真实。这种带有虚部的复数实际上在光学科学领域及其他领域非常普遍。

由于对黑碳的新光学测量意味着目前的气候模型低估了其对大气变暖的贡献，因此该团队希望其他气候研究人员和政策制定者能够利用他们的发现。该团队开发的确定颗粒复杂折射率的方法可以应用于黑碳以外的材料。这允许对大气、海洋或冰芯中的未知颗粒进行光学识别，并评估粉末材料的光学特性，而不仅仅是与持续的气候变化问题相关的材料。

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