Nat. Geosci. (2026) | 大气尘埃如何塑造气候

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大气尘埃如何塑造气候

Li, L., Mahowald, N.M., Miller, R.L. et al. Global mineral constraints on dust shortwave radiative effects. Nat. Geosci. (2026). https://doi.org/10.1038/s41561-026-01996-1

康奈尔大学主导的新研究正在改变科学界对大气中最丰富却了解最少的成分之一——矿物尘埃的认知。矿物尘埃由撒哈拉沙漠、中东和东亚等干旱地区扬起的微小颗粒组成，在地球气候系统中扮演着复杂角色。这些颗粒既能散射和吸收辐射，又能影响云的形成，甚至为生态系统提供养分。但长期以来，科学家一直缺乏关于地表土壤矿物组成的可靠全球数据，特别是对吸光性氧化铁分布的了解。

利用国际空间站上一项NASA任务获取的高分辨率数据，研究团队大幅降低了关于空气中尘埃颗粒如何通过太阳辐射相互作用影响地球能量平衡的不确定性。该研究成果于6月1日发表在《自然·地球科学》期刊上。

"大气中的尘埃可能冷却或加热地球，这取决于多种因素，包括尘埃的成分，"该研究第一作者、康奈尔大学地球与大气科学系及达菲尔德工程学院研究助理 Longlei Li 表示，"本研究的一个核心关注点是尘埃中铁质矿物的含量，主要是氧化铁，因为这些矿物能强烈吸收阳光。"

该研究将NASA"地球表面矿物尘埃源调查"（EMIT）的全球矿物数据整合到四个独立的地球系统模型中。安装在国际空间站上的EMIT仪器利用成像光谱学，以前所未有的分辨率绘制地球干旱地区的地表矿物组成。一旦科学家掌握这些干旱地区的地表矿物成分，他们就能预测被卷入大气的尘埃的组成。

该任务产出了首个能够识别关键成尘矿物（包括赤铁矿和针铁矿）的近全球数据集。

"这项研究利用星载遥感技术，以极高的分辨率——60米——告诉我们那些交通困难或无法抵达的大型偏远沙漠地区的地表成分，"EMIT副首席研究员、欧文·波特·丘奇工程学教授、该研究第二作者 Natalie Mahowald 说，"看到仪器质量如何大幅提升了我们对这些地区矿物组成的理解，真是令人惊叹。"

在先前研究中，Longlei Li 发现氧化铁含量的不确定性是准确估算尘埃辐射效应的最大障碍。这些矿物强烈吸收太阳辐射，意味着其丰度的微小变化就可能显著改变尘埃是加热还是冷却大气。

新研究表明，EMIT数据将氧化铁相关的不确定性从每平方米0.62瓦降低至仅0.1瓦——改善幅度超过六倍。

有了这些数据，氧化铁已不再是气候模拟中不确定性的主要来源。相反，其他因素——包括尘埃如何排放、输送以及在大气中如何分布于不同粒径——现在在塑造气候结果方面发挥着更大作用。

改进在撒哈拉沙漠最为显著，该地区是全球最大的大气尘埃来源地。在那里，基于EMIT数据的模型将模拟辐射效应的误差降低了多达80%，使其与卫星观测到的每单位尘埃辐射影响趋于一致。

该研究还将所有主要全球尘埃源区（包括北非和中东）的不确定性降低了一半以上。

"这使我们的理解更具物理基础，这对改进气候预测至关重要，"Longlei Li 说，"我们看到了更清晰的区域差异。北非部分地区的尘埃往往铁含量更高，这能增强太阳吸收并在特定条件下使辐射效应偏向变暖；而亚洲某些地区的尘埃反射性更强，具有冷却效应。"

在全球范围内，尘埃对太阳辐射的总体影响仍处于此前估算的范围内。但新结果使这些估算的可信度大大提高。

该研究现在转移了尘埃研究的焦点。科学家不再仅仅关注尘埃由什么组成，而是可以越来越多地集中于尘埃如何在大气中移动和演变，以及气候变化将如何改变其来源。研究结果还凸显了新的研究优先方向，包括更好的粒径测量、改进的尘埃输送建模，以及对采样不足地区矿物组成的扩展观测。

除了辐射效应之外，这项工作还为理解尘埃更广泛的影响打开了大门——从海洋施肥到冰雪变暗再到云的形成。随着气候模型日益精确，这些进展对于预测地球能量平衡在变暖世界中将如何演变至关重要。

该研究还包括来自以下机构的合作研究者：NASA戈达德太空研究所、巴塞罗那超级计算中心、加泰罗尼亚研究与高级研究所、加泰罗尼亚理工大学—巴塞罗那理工、美国国家海洋和大气管理局海洋与大气研究地球物理流体动力学实验室、马里兰大学巴尔的摩县分校、NASA喷气推进实验室、行星科学研究所、加州大学洛杉矶分校以及加州理工学院。

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