其他见解

气溶胶对环境的影响

我们最近坐下了S.K教授。Satheesh讨论他对气溶胶对环境的影响的工作。”栏目Satheeshis a professor at the Centre for Atmospheric and Oceanic Sciences, Indian Institute of Science, and the director of the Divecha Centre for Climate Change. He is the executive director of the South Asia regional office of the Future Earth initiative and editor of Current Science.

2018年，他因在气候变化领域的开创性科学工作而被授予Infosys物理学奖。他对黑碳(BC)气溶胶的研究帮助科学家了解这些颗粒对印度次大陆的气候、降水和人类健康的影响。

以下是我们与Satheesh教授的对话摘录:

1.你能告诉我们一些关于黑碳气溶胶颗粒影响的研究吗?这对环境、工业和整个社会意味着什么?

在过去的几十年里，科学家们追求了气溶胶科学及其对环境的影响。例如，除了基于地面的观察者网络之外，我们还使用研究船舶和仪表飞机对印度陆地和远程海洋地区进行了众多现场实验。我们发现了强大的优质梯度升高的气溶胶诱导的大气变暖，影响了区域气候，包括印度季风。

我们用高空气球测量对流层上层的黑碳气溶胶。这些研究表明了BC粒子如何通过吸收-变暖-对流循环达到更高的大气水平。这是重要的，因为BC粒子的存在可以加剧平流层臭氧损失，并推迟几十年平流层臭氧空洞的恢复。

许多行业和学科都对我们的研究起到了推动作用。例如，我们使用的气候模型包含了大气、陆地表面、海洋和海冰、气溶胶、碳循环、动态植被和大气化学的数据。这些模型需要高空间分辨率(如3.5公里)的复杂模拟，并且计算密集。

这是一个非线性计算关系，因为水平维度增加两倍将导致CPU时间增加16倍。主要挑战包括计算能力、计算科学和数学，以及管理模型运行、编程模型和并行化所需的软件。我们需要万亿次浮点运算和千万亿次浮点运算，以及相当于100亿个网格单元的高网格分辨率，这就需要百亿亿次的计算。

此外，还需要低成本的传感器来监测空气污染。空气质量退化是包括哮喘在内的肺部疾病增多的一个主要原因。颗粒物污染也可能致癌。为了改善空气质量，第一步是在每个城市的许多地点使用低成本传感器进行监测。

需要注意的另一个领域是缺乏局部气候模型。印度气候科学界依赖于国外发达的气候模型，用于气候预测。由于这些是基于其他地方的测量，因此它们不一定适用于印度环境。为了在印度制定气候模型，我们需要多年来的持续努力，许多气候建模者和软件专家在一起。

2.你的工作需要你实时地测量、量化和分析大量的数据。请发表评论。

吸收光的气溶胶，如黑碳颗粒，可以影响气候、农业、卫星遥感和公共卫生。它们可以改变云的性质和降水模式，从而影响地球-大气系统的水文平衡。

因此，精确测量环境中的气溶胶对于回答与气候变化有关的重要问题是重要的。这些测量可以从地面，从空间或仪表飞机完成。

我们在2001年在印度理学研究所建立了气溶胶气候天文台，旨在表征气溶胶并评估其辐射影响。该实验室具有许多复杂的仪器，可以测量气溶胶的气候敏感参数以及表面辐射。该实验室现已为其气溶胶研究而闻名，目前正在参与在印度地区进行大规模的野外活动，以及设计和开发多角度偏振成像器等卫星传感器。

类似的观察者也在Minicoy（Lakshadweep），港口布莱尔（Andaman和Nicobar），以及Iisc在卡纳塔克州北部的第二校区的Challakere。网络现在拥有大约40到45遍的观察者。此外，我们的研究小组在船上研究船上和仪表飞机上进行了现场实验。

由于所有这些数据都不能实时提供给我们，这可能相当具有挑战性。我们只能在数据被传送或以其他方式实际交付给我们时才能访问数据。这是我们希望解决的一个领域。

3.您如何看待具有人工智能的技术的复杂性，影响不仅仅是您的工作，而且对环境意识和可持续性的更大呼吁？

人工智能在天气气候、灌溉、卫星遥感(包括图像处理)、空气质量预测等灾害管理中发挥着非常重要的作用。基于人工智能的天气预报模型可以有效地用于灾害和/或极端天气条件的预警和预警。

与AI系统结合使用时，土壤湿度传感器可以帮助优化灌溉系统，尤其是在缺水缺水的位置。此外，如果与Google地图相关联，空气质量模型模拟和预测可以为公民提供基于位置的空气质量警报。科技产业可以在这里发挥重要作用。

4.考虑到您的研究对公共卫生的潜在影响，很明显，科学界、社会科学界和政府界需要密切合作。你认为这种情况会在更大的范围内高效地发生吗?你能把科技作为一种有效的渠道吗?

我们一直在朝着这个目标努力。我们组织与国会议员的互动会议，以提高对社会相关问题的认识。最近的一次是关于喜马拉雅冰川融化对印度-恒河流域水安全的影响。下一个计划是关于空气质量和健康，因为减少空气污染需要决策者的参与。

我们已经建立了未来地球南亚地区办事处，这是一项由联合国在班加罗尔的国际机构支持的国际科学暨政策倡议。目的是（a）促进该地区的具体活动的实施，（b）确保区域优先事项成为战略发展的一部分，（c）作为研究人员，研究机构，投资者和投资者之间的主要联系点。其他有关方面和（d）提供最新，并及时的信息积极致力于跨越该地区的研究人员和利益攸关方。

我们的研究帮助人们更好地了解了气溶胶对印度季风的影响。发表在《欧洲地球物理联盟》杂志上的一项研究表明，气溶胶实际上增加了季风性降雨，而不是早先认为它们减少了降雨。由于我们在全球气候模型中对吸收光的气溶胶的描述，这样的模拟是可能的。

使用仪表飞机有助于我们首次在靠近喜马拉雅地区的强烈气溶胶诱导的温暖诱导的温泉诱导的观测证据。我们发现，除非迫切而且大幅减少了对印度难牙池的气溶胶丰度，否则结果可能会影响水供应到居住在下游的十亿人。

5.最后，你下一步的研究是什么?你的发现将如何映射到下一组研究中?

我们的焦点领域未来之一将是研究气溶胶在自由空间光学通信中的作用。FSO通信是一种技术，其中通过在允许光学连接中的自由空间中的光传播和用于许多领域，例如用于移动用户的数据服务以及点对点或点对点来传输数据的技术从飞机到地面或卫星到地面的多点链接。¹黑碳粒子的存在通常被认为是无线光通信系统的一个障碍。然而，我们的研究表明，4.5 km高度的强BC层增强了局部大气稳定性，并导致大气折射率结构参数(Cn2)的大幅降低。因此，BC粒子在空中无线光通信系统中实际上是一个福音。

我们还打算进一步研究飞机黑碳排放对臭氧层的影响。飞机在飞行过程中排放的烟尘会在高空形成尖锐而狭窄的烟尘层。在某些条件下，这种烟尘可以自升并进入平流层下部，在没有降水的情况下，这些颗粒可以在那里长时间驻留。平流层中BC的存在可能意味着化学反应导致臭氧的消耗。为了解决这一重要现象，需要更多的卫星、平流层气球和模型的观测研究，特别是在飞机流量大的地区。

我们在不久的将来试图解决的最重要的问题是气溶胶在影响云微物理和辐射特性方面的作用。我们计划建立若干个地面气候观测站，并利用仪器飞机和船舶进行一系列野外活动。季风是最大的有组织的大气运动之一，具有明确的周期性和空间特征，使其成为评估模式和测试其模拟区域尺度现象的性能的理想案例研究。目前，在这些系统的建模中存在显著的不确定性，需要更好的数据和改进的参数化来弥补这一差距。我们的实验将有助于理解作用过程，并提供有关气溶胶对气候影响的答案，而该地区的扰动可能是最高的。

¹https://www.hindawi.com/journals/ijo/2015/945483/