Исследование аэрозолей и морских экосистем Северной Атлантики - North Atlantic Aerosols and Marine Ecosystems Study

Логотип проекта исследования аэрозолей и морских экосистем Северной Атлантики (NAAMES). Изображение любезно предоставлено НАСА.

В Исследование аэрозолей и морских экосистем Северной Атлантики (НААМС) представляла собой пятилетнюю программу научных исследований, в ходе которой изучались аспекты фитопланктон динамика в экосистемах океана, и как такая динамика влияет атмосферные аэрозоли, облака и климат. Исследование было сосредоточено на субарктическом регионе северной части Атлантического океана, который является местом одного из крупнейших периодов цветения фитопланктона на Земле. Долгая история исследований в этом месте, а также относительная легкость доступа сделали Северную Атлантику идеальным местом для проверки преобладающих научных гипотез в попытке лучше понять роль выбросов аэрозолей фитопланктона в энергетическом балансе Земли.[1]

NAAMES возглавляли ученые из Университета штата Орегон и Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства (НАСА). В период с 2015 по 2018 год они провели четыре полевых кампании, которые были разработаны для конкретных фаз годового цикла фитопланктона: минимума, кульминации, промежуточного уменьшения биомассы и увеличения промежуточной биомассы.[1] Кампании были разработаны для наблюдения за каждой уникальной фазой, чтобы разрешить научные дебаты о сроках формирования цветения и закономерностях, управляющих ежегодным воссозданием цветения. В рамках проекта NAAMES также исследовалось количество, размер и состав аэрозолей, генерируемых основное производство чтобы понять, как циклы цветения влияют на образование облаков и климат.[2] Ученые использовали несколько дополнительных методов исследования, в том числе интенсивный отбор проб в полевых условиях с исследовательских судов, отбор проб аэрозолей с самолета и дистанционное зондирование с помощью спутников.

Результаты NAAMES, которые еще не получены, пролили свет на аэрозоли и ядра облачной конденсации,[3][4] годовые циклы фитопланктона,[5][6][7] физиология фитопланктона,[8] и мезомасштабная биология.[9][10] Также опубликовано несколько методических достижений,[11][12][13] включая новые алгоритмы дистанционного зондирования[14][15][16] и достижения в области спутникового дистанционного зондирования.[17][18]

Фон

Конкурирующие гипотезы цветения планктона

Конкурирующая научная гипотеза изменчивости планктона. Рисунок адаптирован из.[19] Любезно предоставлено https://naames.larc.nasa.gov/science-objectives.html

NAAMES стремилась лучше понять влияние выбросов биоаэрозолей на динамику облаков и климат. Он также был направлен на проверку двух конкурирующих гипотез о цветении планктона:

Гипотеза критической глубины - взгляд на ресурсы[20]

В гипотеза критической глубины представляет собой обзор ежегодного цветения фитопланктона в Северной Атлантике, основанный на ресурсах. Это традиционное объяснение причины весеннего цветения, которое уже более 50 лет задокументировано как основополагающая концепция в учебниках по океанографии. Он фокусируется на условиях окружающей среды, необходимых для начала цветения, таких как высокое содержание питательных веществ, более мелкое перемешивание, повышенный свет и более высокие температуры.

Главный аргумент в пользу гипотезы критической глубины заключается в том, что цветение является следствием повышенной скорости роста фитопланктона в результате обмеления смешанного слоя выше критической глубины. В критическая глубина - глубина поверхностного перемешивания, на которой фитопланктон биомасса рост равен потере биомассы фитопланктона. Согласно этой гипотезе, потери постоянны и не зависят от роста. Снижение биомассы может быть связано с выпас, опускание, разбавление, вертикальное перемешивание, заражение или паразитизм. Когда поверхностный смешанный слой становится мельче критической глубины, наступает сезонное цветение из-за превышения роста фитопланктона над потерями. Существует корреляция роста фитопланктона с весенним увеличением освещенности, температуры и уменьшением глубины стратификации.

Потепление климата может увеличить стратификацию или уменьшить глубину смешанного слоя зимой, что усилит весеннее цветение или увеличит биомассу фитопланктона, если эта гипотеза будет определять динамику весеннего цветения фитопланктона. Основная критика этой точки зрения, основанной на ресурсах, заключается в том, что весеннее цветение происходит в отсутствие расслоения или обмеления смешанного слоя.[20]

Гипотеза разбавления-возмещения - взгляд на экосистему[21]

Гипотеза разбавления-возмещения представляет собой экосистемный взгляд на ежегодное цветение фитопланктона в Северной Атлантике. Эта гипотеза фокусируется на физических процессах, которые изменяют баланс между ростом и выпасом. Весеннее цветение считается одним из признаков годового цикла, а другие особенности этого цикла «создают основу» для этого цветения.

Этот взгляд на экосистему основан на эксперименте по разбавлению, когда добавление морской воды разбавляет хищников, но не влияет на рост фитопланктона. Таким образом, темпы роста увеличиваются с разбавлением.[21] Хотя эффект разбавления временный, взаимодействия хищник-жертва могут поддерживаться, если скорость добавления воды равна скорости роста. Углубление поверхностного смешанного слоя ослабляет взаимодействия хищник-жертва и разделяет рост и выпас. Когда смешанный слой перестает углубляться, становится очевидным увеличение скорости роста, но теперь рост и выпас снова становятся связанными. Обмеление смешанного слоя концентрирует хищников, тем самым увеличивая пастбище. Однако увеличение доступности света противостоит давлению пастбищ, что позволяет темпу роста оставаться на высоком уровне. Поздней весной, когда смешанный слой еще более мелкий, истощение питательных веществ или чрезмерный выпас заканчивает цветение - потери превышают рост в этой точке цикла.

Потепление климата приведет к увеличению расслоения и подавлению зимнего перемешивания, которое происходит при углублении перемешанного слоя. Подавление зимнего перемешивания приведет к уменьшению биомассы фитопланктона согласно этой гипотезе.[21]

Физические океанографические процессы

Дебаты о смешанной глубине слоя

Мезомасштабные вихри

Мезомасштабные водовороты играют важную роль в модулировании глубины смешанного слоя (MLD). Колебания, создаваемые мезомасштабными вихрями, модулируют питательные вещества в основе смешанного слоя.[22] Эти изменения, наряду с доступностью света, определяют численность фитопланктона в регионе. Доступность фитопланктона существенно влияет на морскую пищевую сеть и здоровье океана.

Антициклонические водовороты вращаются по часовой стрелке, а циклонические водовороты вращаются против часовой стрелки. Процессы нисхождения и апвеллинга в открытом океане приводят к теплому ядру в антициклонических вихрях и холодному ядру в циклонических вихрях.
Антициклонические водовороты вращаются по часовой стрелке, а циклонические водовороты вращаются против часовой стрелки. Процессы нисхождения и апвеллинга в открытом океане приводят к теплому ядру в антициклонических вихрях и холодному ядру в циклонических вихрях.[23]

Быстро движущиеся токи в Гольфстрим меандр и отщипывание для создания водоворотов. Эти водовороты сохраняют физические свойства своих родительских водная масса (например, температура, плотность, соленость и другие динамические свойства океана), когда они разделяются. По мере перемещения водоворотов их физические свойства изменяются, поскольку они смешиваются с окружающей водой. В Гольфстриме мигрирующие водовороты известны как антициклонические или циклонические водовороты в зависимости от направления, в котором они вращаются (по часовой стрелке или против часовой стрелки).[22] Два водоворота различаются по движению, физическим свойствам и, следовательно, их влиянию на биологию и химию океана.

В Сила Кориолиса в сочетании с высокоскоростными токами приводит к вихревым движениям. Это движение создает «выпуклость», то есть большую высоту поверхности моря (SSH) в центре антициклонических водоворотов. Напротив, циклонические водовороты показывают низкую SSH в центре. SSH как в антициклоническом, так и в циклоническом режиме уменьшается и увеличивается соответственно по мере удаления от центра.[24] Апвеллинг и нисходящий процессы в вихрях создают холодное и теплое ядро.[25] Нисходящий антициклонический водоворот предотвращает попадание холодной воды на поверхность, создавая тем самым теплое ядро ​​в центре.. В то время как в циклоническом водовороте апвеллинг увлекает глубокую холодную воду и образует холодное ядро.[23]

Предыдущие исследования показывают углубляющие эффекты MLD под антициклоническими вихрями и обмеление MLD в циклонических вихрях.[26][27] Эти явления могут быть вызваны повышенными потерями тепла в атмосферу в антициклонических вихрях. Эта потеря тепла вызывает опускание плотной воды, называемое конвективным перемешиванием.[28], и углубление MLD. Напротив, в циклонических вихрях температура воды в ядре меньше, чем в антициклонических вихрях. Следовательно, это не ведет к углублению MLD. Исследования, проводимые в регионе через сеть Арго поплавки а моделирование, созданное на основе спутниковых данных, показало случаи противоположных явлений. Углубление и обмеление MLD через водовороты повсеместно и меняется в зависимости от сезона.[22] Такие аномалии наиболее значительны зимой. ТТаким образом, роль мезомасштабных вихрей в MLD сложна, и это функция одновременных процессов, где усиление сдвиг ветра индуцированные токи способствуют обмелению MLD в антициклонических вихрях.[24]

Соответствующие атмосферные процессы

Морской пограничный слой

Морской пограничный слой (МБС) - это часть атмосферы, непосредственно контактирующая с поверхностью океана. На MBL влияет обмен тепла, влаги, газов, частиц и количества движения, в основном за счет турбулентности.[29] MBL характеризуется образованием конвективных ячеек (или вертикальных потоков воздуха) над поверхностью океана, которые изменяют направление среднего приземного ветра и создают текстуру, шероховатость и волны на поверхности моря. Существуют два типа пограничных слоев. Один из них представляет собой устойчивый конвективный слой, расположенный между нижними 100 м атмосферы и простирающийся примерно до 3 км в высоту, и называется конвективным пограничным слоем (CBL). Другой пограничный слой образуется в результате поверхности атмосферная инверсия. Обычно это происходит ближе к поверхности в отсутствие турбулентности и вертикального перемешивания и определяется путем интерпретации вертикальных профилей влажности и температуры.[30] MBL часто является локализованным и динамичным во времени явлением, поэтому его высота в столбе воздуха может значительно варьироваться от одного региона к другому или даже в течение нескольких дней. Северная Атлантика - это регион, где обычно образуются разнообразные и хорошо сформированные облака MBL.[31] и где высота слоя MBL может составлять от 2,0 до 0,1 км в высоту. [30]


Региональные атмосферные процессы

Западные ветры преобладающие ветры в средних широтах (от 35 до 65 градусов широты), которые дуют в регионах к северу или югу от субтропических регионов мира с высоким давлением. Следовательно, аэрозоли, отобранные над Северной Атлантикой, будут подвержены влиянию воздушных масс, происходящих из Северной Америки, и, следовательно, будут характеризоваться как естественными наземными, так и антропогенными поступлениями. Для NAAMES имеют отношение выбросы промышленных предприятий и городов в восточной части Северной Америки, которые выделяют значительные количества сульфатов, черного углерода и ароматических соединений. Такие вещества могут переноситься на сотни километров по морю. Этот вклад континентальных влияний может создать ложноположительный сигнал в измеряемых сигналах биологической флуоресценции.[32] и может повлиять на микрофизические свойства облаков в открытой северной части Атлантического океана. Кроме того, аэрозоли, такие как черный углерод смешанные с углекислым газом и другими парниковыми газами выбрасываются в результате беспристрастного сжигания ископаемого топлива из судовых двигателей. Эти несгоревшие углеводороды присутствуют в морском пограничном слое Северной Атлантики и большинства других удаленных океанических регионов.[33] Поскольку эти частицы стареют или химически трансформируются в зависимости от времени нахождения в воздухе, они могут изменять микрофизические и химические свойства, поскольку они вступают в реакцию с другими частицами в воздухе.

Роль аэрозолей

Распределение аэрозолей по размерам и связанные с ними способы накопления или удаления из атмосферы. Оригинальная схема, автор:[34] и адаптировано.[35]

Аэрозоли

Аэрозоли представляют собой очень маленькие твердые частицы или жидкие капли, взвешенные в атмосфере или внутри другого газа и образующиеся в результате естественных процессов или действий человека.[36][37] Природные аэрозоли включают вулканический пепел, биологические частицы и минеральную пыль, а также черный углерод от естественного сгорания биомассы, например, от лесных пожаров. Антропогенные аэрозоли - это те аэрозоли, которые возникли в результате деятельности человека, например, от сжигания ископаемого топлива или промышленных выбросов. Аэрозоли классифицируются как первичные или вторичные в зависимости от того, были ли они напрямую выброшены в атмосферу (первичные) или же они прореагировали и изменились по составу (вторичные) после выброса из своего источника. Аэрозоли, выбрасываемые из морской среды, являются одним из крупнейших компонентов первичных природных аэрозолей. Первичные морские аэрозоли взаимодействуют с антропогенным загрязнением и в результате этих реакций образуют другие вторичные аэрозоли.[38]

Изображение прямого и первого косвенного воздействия аэрозолей на альбедо облаков и, следовательно, на радиационный баланс Земли.[39]

Одним из наиболее важных, но неопределенных компонентов моделей прогнозирования изменения климата является воздействие аэрозолей на климатическую систему.[40] Аэрозоли прямо и косвенно влияют на радиационный баланс Земли. Прямой эффект возникает, когда частицы аэрозоля рассеивают, поглощают или проявляют комбинацию этих двух оптических свойств при взаимодействии с поступающим солнечным и инфракрасным излучением в атмосфере.[41] Аэрозоли, которые обычно рассеивают свет, включают сульфаты, нитраты и некоторые органические частицы, в то время как аэрозоли, которые имеют тенденцию к чистому поглощению, включают минеральную пыль и черный углерод (или копоть). Второй механизм, с помощью которого аэрозоли изменяют температуру планеты, называется косвенным эффектом, который возникает, когда изменяются микрофизические свойства облака, вызывая либо усиление отражения поступающей солнечной радиации, либо подавление способности облаков образовывать осадки.[42] Первый косвенный эффект - это увеличение количества капель воды, что приводит к увеличению количества облаков, которые отражают больше солнечного излучения и, следовательно, охлаждают поверхность планеты. Второй косвенный эффект (также называемый эффектом времени жизни облака) - это увеличение количества капель, что одновременно вызывает увеличение размера капель и, следовательно, меньший потенциал для выпадения осадков. То есть, меньшие капли означают, что облака живут дольше и сохраняют более высокое содержание жидкой воды, что связано с более низкой интенсивностью осадков и более высокой облачностью. альбедо.[43] Это подчеркивает важность размера аэрозоля как одного из основных факторов, определяющих количество аэрозолей в атмосфере, то, как аэрозоли удаляются из атмосферы, и последствия этих процессов для климата. .[34][35][41] Мелкими частицами обычно являются частицы диаметром менее 2 микрометров (мкм). В этой категории частицы, которые накапливаются в атмосфере (из-за низкой летучести или конденсационного роста ядер), составляют от 0,1 до 1 мкм и обычно удаляются из воздуха через влажное осаждение. Влажным осаждением могут быть осадки, снег или град. С другой стороны, крупные частицы, такие как старые морские брызги и частицы растительного происхождения, удаляются из атмосферы через сухое осаждение. Этот процесс иногда также называют седиментацией. Однако разные типы биогенных органических аэрозолей обладают разными микрофизическими свойствами, поэтому механизмы их удаления из воздуха будут зависеть от влажности.[44] Без лучшего понимания размеров и состава аэрозолей в северной части Атлантического океана климатические модели имеют ограниченную способность предсказывать масштабы охлаждающего эффекта аэрозолей в глобальном климате.[1]

Вклад аэрозолей и газов в атмосферу в радиационное воздействие Земли. Это рисунок 8.17 отчета Рабочей группы 1 по оценке залива (AR5) Межправительственной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК).[45] Обратите внимание на чистый охлаждающий эффект сульфатов.

Морские аэрозоли

Хотя количество и состав аэрозольных частиц в морской атмосфере происходят как из континентальных, так и из океанических источников и могут переноситься на большие расстояния, свежевыброшенные морские брызги аэрозоли (SSA) представляют собой один из основных источников первичных аэрозолей, особенно от умеренных и сильных ветров.[46] По оценкам, глобальные выбросы чистых аэрозолей морской соли составляют порядка 2 000-10 000 тг в год.[38] Механизм, с помощью которого это происходит, начинается с образования пузырьков воздуха в виде разрушающихся волн, которые затем поднимаются в атмосферу и разрываются на сотни ультратонких капель диаметром 0,1–1,0 мкм.[38] Аэрозоли в виде морских брызг в основном состоят из неорганических солей, таких как натрий и хлорид. Однако эти пузырьки иногда содержат органический материал, содержащийся в морской воде,[46] формирование вторичных органических соединений (SOA), таких как диметилсульфид (DMS).[38] Это соединение играет ключевую роль в проекте NAAMES.

Важным биогеохимическим следствием SSA является их роль как облачные ядра конденсации. Это частицы, которые обеспечивают поверхность, необходимую для конденсации водяного пара в условиях пересыщения. Замораживание органических веществ в этих аэрозолях способствует образованию облаков в более теплых и сухих средах, чем там, где они могли бы образоваться в противном случае.[47] особенно в высоких широтах, таких как северная часть Атлантического океана. Органические вещества в этих аэрозолях помогают зарождению капель воды в этих областях, но остается еще много неизвестных, например, какая фракция содержит замерзающие лед органические материалы и из каких биологических источников.[47] Тем не менее, роль цветения фитопланктона как источника увеличенных зародышей льда была подтверждена в лабораторных экспериментах, что свидетельствует о важной роли этих аэрозолей в радиационном воздействии облаков.[48] Первичные морские аэрозоли, образующиеся в результате взрыва пузырьков, были измерены в Северной Атлантике весной 2008 года в рамках Международного химического эксперимента в нижней тропосфере Арктики (ICEALOT). В ходе этого исследовательского рейса были измерены чистые или фоновые участки и выяснилось, что они в основном состоят из первичных морских аэрозолей, содержащих гидроксильные (58% ± 13) и алкеновые (21% ± 9) функциональные группы,[49] указывая на важность химических соединений биологического происхождения в воздухе. Тем не менее, небольшой временной масштаб этих измерений плюс невозможность определить точный источник этих частиц оправдывают научную потребность в лучшем понимании аэрозолей в этой области.[46]

Биоаэрозоли

Биоаэрозоли представляют собой частицы, состоящие из живых и неживых компонентов, выбрасываемые в атмосферу из наземных и морских экосистем. Это могут быть леса, луга, сельскохозяйственные культуры или даже морские первичные продуценты, такие как фитопланктон. Первичные биологические аэрозольные частицы (PBAP) содержат ряд биологических материалов, включая бактерии, археи, водоросли и грибы, и, по оценкам, они составляют до 25% общей массы аэрозоля в мире.[38] Распространение этих PBAP происходит путем прямого выброса в атмосферу через споры грибов, пыльцу, вирусы и биологические фрагменты. Концентрации и размеры этих частиц в окружающей среде зависят от местоположения и сезона, но для NAAMES важны временные размеры спор грибов (от 0,05 до 0,15 мкм в диаметре) и более крупные размеры (от 0,1 до 4 мкм) для бактерий.[38] Морские органические аэрозоли (ОА), по оценке их корреляции с пигментами хлорофилла, варьируются по величине от 2 до 100 Тг в год.[50] Однако недавние исследования ОА коррелируют с DMS производства и, в меньшей степени, хлорофилла, что позволяет предположить, что органические вещества в аэрозолях морской соли связаны с биологической активностью на поверхности моря.[38][51] Таким образом, механизмы, способствующие образованию морских органических аэрозолей, остаются неясными, и они были в центре внимания NAAMES.

Есть некоторые свидетельства того, что морские биоаэрозоли, содержащие цианобактерии и микроводоросли, могут быть вредными для здоровья человека. Фитопланктон может поглощать и накапливать различные токсичные вещества, такие как метилртуть,[52][53] полихлорированные бифенилы (ПХБ),[54] и полициклические ароматические углеводороды.[55][56] Известно, что цианобактерии выделяют токсины, которые могут быть аэрозольными, которые при вдыхании людьми могут влиять на нервную систему и печень.[57] Например, Caller et al. (2009)[58] предположили, что биоаэрозы цветения цианобактерий могут играть роль в высокой заболеваемости боковой амиотрофический склероз (БАС). Кроме того, группа токсичных соединений под названием микроцистины производятся некоторыми цианобактериями в родах Микроцистис, Синехококк, и Анабаена. Эти микроцистины были обнаружены в аэрозолях рядом исследователей.[59][60] и такие аэрозоли считаются причиной отдельных случаев пневмония, гастроэнтерит, и неалкогольная жировая болезнь печени.[61][57] Динофлагелляты также считаются вовлеченными в токсичность биоаэрозолей,[62] с родом Остреопсис вызывая такие симптомы, как одышка, высокая температура, ринорея и кашель.[63] Важно отметить, что морские токсичные аэрозоли были обнаружены на 4 км вглубь суши,[64] но исследователи рекомендуют дополнительные исследования, позволяющие проследить судьбу биоаэрозолей в глубине суши.[57]

Тип грибов Аскомикота считается основным источником (72% по отношению к другим типам) морских биоаэрозолей, по крайней мере, в Южном океане.[65] Из этих, Агарикомицеты составляет большинство (95%) классов грибов внутри этого типа. Внутри этой группы Пенициллий наиболее часто обнаруживается в аэрозолях морских грибов. Биоаэрозоли грибов также могут служить ядрами льда и, следовательно, также влиять на баланс излучения в отдаленных районах океана, таких как северная часть Атлантического океана.[65]

Помимо аэрозолей из морских брызг (см. Раздел выше), биогенные аэрозоли, производимые фитопланктоном, также являются важным источником мелких (обычно 0,2 мкм) частиц ядер конденсации облаков (CCN), взвешенных в атмосфере. В межправительственная комиссия по изменению климата (МГЭИК) прогнозирует повышение глобальной температуры поверхности океана на +1,3 до +2,8 градусов по Цельсию в течение следующего столетия, что вызовет пространственные и сезонные сдвиги в цветении фитопланктона в Северной Атлантике. Изменения в динамике сообщества сильно повлияют на биоаэрозоли, доступные для ядер конденсации облаков. Таким образом, образование облаков в Северной Атлантике зависит от наличия биоаэрозолей, размера частиц и химического состава.[1]

Морские биоаэрозоли и глобальный радиационный баланс

Морские аэрозоли вносят значительный вклад в образование аэрозолей в мире. Традиционно биогеохимический цикл и моделирование климата были сосредоточены на аэрозолях морской соли, с меньшим вниманием к аэрозольным частицам биогенного происхождения, таким как сульфаты и родственные химические вещества, выделяемые фитопланктоном.[50] Например, в восточной части Северной Атлантики во время цветения весной 2002 года высокая активность фитопланктона была отмечена в большей степени органическим углеродом (как растворимыми, так и нерастворимыми видами), чем морскими солями. Органическая фракция фитопланктона составляла до 63% массы аэрозоля в атмосфере, в то время как в зимние периоды низкой биологической активности она составляла только 15% массы аэрозоля. Эти данные предоставили ранние эмпирические доказательства этого явления выбросов, а также показали, что органическое вещество океанской биоты может увеличивать концентрацию облачных капель на целых 100%.[50]

Удары фитопланктона являются важными источниками биогенных аэрозолей, которые обеспечивают ядра конденсации облаков.

Данные для проверки гипотезы когтей

Появляется все больше свидетельств того, как океанический фитопланктон влияет на альбедо облаков и климат через биогеохимический цикл сера, как первоначально предлагалось в конце 1980-х годов.[66][67] В Гипотеза когтя концептуализирует и пытается количественно оценить механизмы, с помощью которых фитопланктон может изменять глобальный облачный покров и обеспечивать радиационный баланс планетарного масштаба или регуляция гомеостаза. Поскольку солнечное излучение стимулирует первичную продукцию в верхних слоях океана, аэрозоли выбрасываются в пограничный слой планеты. Часть этих аэрозолей ассимилируется в облаках, которые затем могут создавать петлю отрицательной обратной связи, отражая солнечное излучение. Экосистемная гипотеза циклов цветения фитопланктона (исследованная NAAMES) предполагает, что потепление океана приведет к снижению продуктивности фитопланктона. Уменьшение фитопланктона приведет к снижению доступности аэрозолей, что может привести к уменьшению количества облаков. Это приведет к положительной обратной связи, когда более теплые океаны приводят к меньшему количеству облаков, что способствует большему потеплению.

Одним из ключевых компонентов гипотезы CLAW является выброс диметилсульфониопропионат (ДМСП) фитопланктоном.[68] Другое химическое соединение, диметилсульфид (ДМС), было определено как одно из основных летучих соединений серы в большинстве океанов. По оценкам, концентрация ДМС в морской воде мира в среднем составляет порядка 102,4 нанограмм на литр (нг / л). Региональные значения для Северной Атлантики составляют примерно 66,8 нг / л. Эти региональные значения меняются в зависимости от сезона и зависят от воздействия континентальных аэрозолей.[69] Тем не менее, DMS является одним из основных источников биогенных летучих соединений серы в морской атмосфере.[69] С момента его концептуализации, несколько исследований нашли эмпирические и косвенные доказательства, подтверждающие гипотезу CLAW в средних широтах Атлантического океана.[68] Кампания NAAMES была направлена ​​на обеспечение эмпирического понимания воздействия морских биоаэрозолей на формирование облаков и глобальный радиационный баланс путем количественной оценки механизмов, лежащих в основе гипотезы CLAW.

Выбросы из микрослоя морской поверхности

Растворенные органические соединения, содержащие остатки полисахариды, белки, липиды, а другие биологические компоненты высвобождаются фитопланктоном и бактериями. Они сконцентрированы в наноразмерных гелях на поверхности океанов. В частности, такие соединения концентрируются в микрослое морской поверхности (SML), самом верхнем слое воды в океане.[70] SML считается «кожей» в пределах 1 миллиметра верхнего слоя воды, где происходит обмен вещества и энергии между морем и атмосферой. Биологические, химические и физические процессы, происходящие здесь, могут быть одними из самых важных где-либо на Земле, и этот тонкий слой впервые подвергается воздействию климатических изменений, таких как жара, следовые газы, ветер, осадки, а также такие отходы, как наноматериалы и пластмассы. SML также играет важную роль в обмене газов воздух-море и производстве первичных органических аэрозолей.[71]

Исследование с использованием проб воды и условий окружающей среды в северной части Атлантического океана показало, что полисахаридсодержащий экзополимер и белок легко превращаются в аэрозоль в поверхностных водах океана, и ученые смогли количественно оценить количество и размерное разрешение первичного морского переноса биогенного материала по воздуху.[70] Эти материалы достаточно малы (0,2 мкм), чтобы в значительной степени выделяться фитопланктоном и другими микроорганизмами.[70] Однако прогнозирование количества, гранулометрического состава и состава аэрозоля через пробы воды в настоящее время проблематично.Исследователи предполагают, что будущие измерения будут сосредоточены на сравнении методов обнаружения флуоресценции, которые способны обнаруживать белки в аэрозолях.[70] NAAMES восполнила этот пробел в исследованиях, предоставив флуоресцентный прибор (см. Ниже раздел «Атмосферные приборы») как в атмосферном столбе, так и у поверхности моря.

Цели NAAMES

  • Выявить различные особенности годового цикла цветения фитопланктона в Северной Атлантике и определить различные физические процессы, влияющие на эти особенности.

Для достижения этой цели использовалось сочетание измерений с кораблей, с воздуха и дистанционного зондирования. NAAMES провела несколько кампаний, которые проводились на разных этапах цикла, чтобы уловить важные переходные черты годового цветения для более полного обзора.

  • Понять, как взаимодействуют различные особенности годового цикла фитопланктона в Северной Атлантике, чтобы «подготовить почву» для ежегодного цветения.

Эта цель направлена ​​на согласование конкурирующих гипотез, основанных на ресурсах и экосистемах. Целью NAAMES было проведение полевых исследований механизмов, необходимых для понимания более целостного представления о годовом цикле цветения.

  • Определите, как различные особенности годового цикла фитопланктона влияют на морские аэрозоли и образование облаков.

Воздействие аэрозолей на облака - малоизученная тема, несмотря на серьезные последствия, которые она может иметь для прогнозирования будущего изменения климата. Эта цель устраняет этот пробел за счет использования комбинированных методов измерения для понимания вклада различных аэрозолей в образование облаков, образующихся во время каждой основной фазы годового цикла фитопланктона.[1]

Методология

Полевые кампании

Схема различных стратегий отбора проб для исследовательских кампаний NAAMES, включая спутниковые датчики, измерения и развертывание судов и дистанционное зондирование самолетов. Он также отображает ключевые процессы, такие как бум фитопланктона, выбросы и рассеивание аэрозолей.

Были проведены четыре полевые кампании для выявления четырех конкретных изменений в течение годового цикла планктона.[1] Четыре полевые кампании NAAMES синхронизировали сбор данных с корабля, воздуха и спутников и были стратегически рассчитаны так, чтобы зафиксировать четыре уникальные фазы цветения планктона в Северной Атлантике: зимний переход, фазу накопления, кульминационный переход и фазу истощения.[1]

Кампания 1: Отбор проб в зимний переход завершен 5 ноября - 2 декабря 2015 г.

Кампания 2: Отбор проб в переходный период завершился 11 мая - 5 июня 2016 г.

Кампания 3: Отбор проб в фазе спада завершен 30 августа - 24 сентября 2017 г.

Кампания 4: завершение выборки на этапе накопления с 20 марта по 13 апреля 2018 г.

Область исследования NAAMES: отображение маршрутов исследовательских судов и развертывание автономных буев для профилирования. Изображение любезно предоставлено НАСА.

Отбор проб

Исследовательские круизы на НИС Атлантис

Судовые приборы измеряли газы, частицы и летучие органические соединения над поверхностью океана. Также были собраны пробы воды для описания состава планктонного сообщества, показателей продуктивности и дыхания, а также физиологического стресса.

Все четыре кампании следовали одинаковому плану корабля и полета. В НИС Атлантис вылетел из Вудс-Хоул, Массачусетс, чтобы отправиться в 26-дневные круизы на 4700 морских миль. Корабль впервые отплыл в 40W. Затем он двинулся строго на север от 40N до 55Северной широты по 40Параллель W долготы. На этом интенсивном разрезе юг-север проводились многочисленные стационарные измерения. Затем корабль вернулся в порт Вудс-Хоул.[1]

Отбор проб в процессе (т. Е. Во время движения судна) производился на протяжении всего рейса с использованием судовой системы анализа проточной морской воды. Затем, когда он достиг начала области треугольного разреза, корабль останавливался дважды в день на рассвете и в полдень для стационарных измерений, чтобы собрать пробы воды для инкубации (например, дыхания), а также выполнить отбор проб воды и оптические измерения.[1]

Ученые также использовали автономные поплавки ARGO в трех местах во время каждого круиза. Эти автономные плавучие инструменты измеряли такие параметры, как хлорофилл (показатель численности фитопланктона), интенсивность света, температуру, плотность воды и взвешенные частицы. Всего за четыре рейса было задействовано 12 автономных приборов.

Отбор проб по воздуху

Самолетные измерения были разработаны для проведения точно в то же время, что и круизы исследовательских судов, чтобы ученые могли связать процессы на уровне океана с процессами в нижних слоях атмосферы. Спутниковые данные были также синтезированы для более полного понимания динамики планктона и аэрозолей и их потенциального воздействия на климат и экосистемы.

Отбор проб по воздуху включал С-130 оснащен чувствительными научными приборами. Летный состав базируется в г. Сент-Джонс, Канада, провел 10-часовые полеты по «Z-образной схеме» над районом исследования.[1] Полеты проводились как на больших, так и на малых высотах для измерения высоты аэрозоля и пространственных характеристик аэрозоля / экосистемы. В ходе высокогорных полетов собирались данные об аэрозолях над облаками и атмосферные измерения фоновых аэрозолей в тропосфере. Оказавшись над кораблем, самолет совершил спиральное снижение на малую высоту для получения данных о вертикальной структуре аэрозолей. Эти полеты на малых высотах отбирали пробы аэрозолей в пределах морского пограничного слоя. При отборе проб из облаков измерялись количество, плотность и размер капель в облаках.[1]

Спутниковые наблюдения

Спутниковые измерения использовались в режиме, близком к реальному, для помощи в управлении движением судов и планировании полетов. Измерения включали высоту поверхности моря, температуру поверхности моря, цвет океана, ветры и облака.[1] Спутниковые данные также предоставили среднюю поверхность хлорофилл концентрации через НАСА Спектрорадиометр среднего разрешения (MODIS), как прокси для первичной производительности.

Автономные поплавки ARGO

Автономный на месте инструменты под названием Арго плавает были развернуты для сбора физических свойств и биооптических измерений. Поплавки Argo - это инструмент с батарейным питанием, который использует гидравлику для управления плавучестью при спуске и подъеме в воде. Поплавки Арго собирают как биологические, так и физические свойства океана. Данные, собранные с поплавков, передаются удаленно через ARGOS спутник.

Атмосферные инструменты

Приборы, используемые для характеристики процессов в атмосфере, можно разделить на те, которые измеряют состав газа, и те, которые измеряют состав оптических свойств. Как правило, приборы для отбора проб аэрозолей классифицируются по их способности измерять оптические, физические или химические свойства. Физические свойства включают такие параметры, как диаметр и форма частиц.

Два обычно измеряемых оптических параметра - это поглощение и рассеяние света аэрозольными частицами. Коэффициенты поглощения и рассеяния зависят от количества аэрозоля.[72]

Автономные поплавки ARGOS собирают измерения проводимости, температуры и глубины (CTD). Он регулирует свою гидравлику, чтобы подниматься и опускаться в воде.

Общее рассеяние света аэрозольными частицами можно измерить нефелометром. Напротив, поглощение света аэрозолем можно измерить с помощью нескольких типов инструментов, таких как фотометр сажи / поглощения частиц (PSAP) и фотометр непрерывного поглощения света (CLAP). В обоих этих приборах частицы собираются фильтром, и пропускание света через фильтр постоянно контролируется. Этот метод основан на методе интегрирующей пластины, в которой изменение оптического пропускания фильтра, вызванное осаждением частиц, связано с коэффициентом поглощения света осажденными частицами с использованием Закон Бера-Ламберта. [73]

Одним из инструментов, используемых для определения количества и состава биоаэрозолей, были широкополосные интегрированные датчики биоаэрозолей (WIBS). В этом приборе используется ультрафиолетовое излучение. флуоресценция (UV-LIF) для обнаружения сигналов флуоресценции от распространенных аминокислот, таких как триптофан и никотинамид аденин динуклеотид (НАДН). Лампа, мигающая газовым ксеноном, способна определять размер и форму частиц с использованием высокоточных ультрафиолетовых диапазонов волн (280 и 370 нм).[32]

Научные выводы

Полученные результаты

Некоторые результаты исследований NAAMES включают научные статьи об аэрозолях и ядрах конденсации облаков,[3][4] годовые циклы фитопланктона,[5][6][7] физиология фитопланктона,[8] и мезомасштабная биология.[9][10] Также были публикации по усовершенствованным методологиям[11][12][13] включая новые алгоритмы дистанционного зондирования[14][15][16] и достижения в области спутникового дистанционного зондирования.[17][18]

Годовые циклы фитопланктона

Сезонные изменения фитопланктона биомасса контролируются взаимодействиями хищник-жертва и изменениями в условиях смешанного слоя, таких как температура, свет и питательные вещества. Понимание относительной важности этих различных факторов на разных этапах сезонного цикла позволяет лучше прогнозировать будущие изменения океана.[7] В одной публикации NAAMES было обнаружено, что глубина зимнего смешанного слоя положительно коррелирует с весной. хлорофилл концентрации в Лабрадорское море. Потери в результате опускания в зимний период были компенсированы чистым ростом фитопланктона, и этот чистый прирост в зимний период, скорее всего, был результатом сокращения выпаса из-за разбавления.[6]

Физиология фитопланктона

Понимание таксономических различий в фотоакклимации и общих стратегиях фотоакклимации сообщества фитопланктона важно для построения моделей, которые полагаются на свет как главный фактор, контролирующий динамику цветения. Кроме того, лучшее понимание фитопланктона, управляемого светом. физиология может помочь в получении более точных спутниковых данных о концентрациях хлорофилла и температуре поверхности моря.[5] В исследовании NAAMES были определены фотоакклимационные реакции нескольких таксономических групп во время 4-дневного шторма, который вызвал глубокое перемешивание и повторное заселение.стратификация в субарктический Атлантический океан. Во время шторма наблюдались значительные различия в фотоакклимации и накоплении биомассы на разной глубине освещенности.[8]

Мезомасштабная биология

Один из самых последних результатов кампании NAAMES включает лучшее понимание того, как биология помогает втягивать атмосферный углекислый газ в толщу воды. В частности, влияние зоопланктон вертикальная миграция при экспорте углерода в глубокое море через Биологический насос параметризована и смоделирована впервые.[74]

Аэрозоли и облачные ядра конденсации

Иллюстрация источников аэрозолей, обнаруженных во время круизов NAAMES[75]

Явная сезонная разница в количестве биогенных сульфатных аэрозолей была обнаружена в Северной Атлантике в результате кампании NAAMES.[75] Эти аэрозоли были отнесены к двум разным биогенным источникам, причем оба они были морскими из-за отсутствия влияния континентальных воздушных масс в течение периода исследования. Биогенное происхождение заключалось в производстве диметилсульфида (ДМС) фитопланктоном, который затем действует как ядра конденсации облаков (CCN) и влияет на формирование облаков. Это исследование классифицировало сульфаты как «новый сульфат», образовавшийся в результате нуклеации в атмосфере; и «Добавленный сульфат», которые представляли собой аэрозоли, существующие в атмосфере, в которую был включен сульфат. Во время круиза в ноябре 2015 года (Кампания 1) первичная морская соль была основным механизмом (55%) для бюджета CCN. Однако во время весеннего цветения в мае – июне 2016 г. (Кампания 2) добавленный сульфат составлял 32% CCN, в то время как морская соль составляла 4%.[75] Эти эмпирические измерения по сезонности помогут повысить точность климатических моделей, имитирующих потепление или охлаждение морских биоаэрозолей.

Улучшенные методики измерения

В ходе проекта ученые NAAMES разработали несколько новых методов измерения. Например, сортировочная проточная цитометрия в сочетании с биолюминесцентным обнаружением АТФ и НАДН обеспечивает относительно точное определение чистой первичной продуктивности, скорости роста и биомассы фитопланктона. И лабораторные, и полевые испытания подтвердили этот подход, который не требует традиционных методов инкубации изотопа углерода-14.[11] Другие исследователи NAAMES использовали новые методы для измерения Распределение частиц по размерам, который является важным показателем биогеохимии и динамики экосистемы. Соединив погружной лазерный дифракционный измеритель размеров частиц с системой непрерывного потока морской воды, ученые смогли точно измерить гранулометрический состав частиц, а также более устоявшиеся (но более трудоемкие и трудоемкие) методы, такие как Счетчик сошников и проточный цитобот.[12] В дополнение к новым океанографическим методам команда NAAMES также разработала новый метод сбора облачной воды. Установленный на самолете зонд использовал инерционное разделение для сбора облачных капель из атмосферы. Сообщалось, что их метод осевого циклона собирал облачную воду со скоростью 4,5 мл в минуту, которая хранилась, а затем анализировалась в лаборатории.[13]

Новые алгоритмы дистанционного зондирования

Успехи в алгоритмах дистанционного зондирования были также развиты во время экспедиций NAAMES. Zhang et al. предоставил атмосферные поправки для прибора моделирования гиперспектральных геостационарных прибрежных зон и событий загрязнения воздуха (GCAS), используя оба дополнительных[14] и приближается тень облаков.[76] Другие ученые протестировали новые подходы к измерению размера облачных капель и обнаружили, что использование исследовательского сканирующего поляриметра хорошо коррелирует с прямыми измерениями облачных капель и лидаром с высоким спектральным разрешением. Их результаты показывают, что поляриметрическое извлечение размера капель может быть точным и полезным инструментом для измерения глобального размера облачных капель.[16]

Достижения в области спутникового дистанционного зондирования океана LIDAR

Команда NAAMES добилась успехов в использовании ЛИДАР в океанографии. Например, Behrenfeld et al. (2017) показали, что космический лидар может фиксировать годовые циклы динамики фитопланктона в регионах к полюсу от 45 °. широта. Используя эти новые методы, они обнаружили, что биомасса фитопланктона Антарктики в основном изменяется из-за ледяного покрова, в то время как в Арктике изменения фитопланктона в основном вызваны экологическими процессами.[17] В другом документе команда описала новые достижения в области спутниковых LIDAR и утверждала, что новая эра космических LIDAR может произвести революцию в океанографическом дистанционном зондировании.[18]

Будущие последствия

NAAMES предоставила новаторские данные об аэрозолях и их связи с многочисленными экосистемами и океанографическими параметрами. Их открытия и методологические инновации могут быть использованы разработчиками моделей для определения того, как будущие изменения океанических экосистем могут повлиять на климат.[1]

Данные NAAMES

Окончательные версии полевых данных можно просмотреть через НАСА Центры распределенного активного архива (DAAC). Данные для каждой круизной кампании хранились как отдельные проекты, и информация о каждой кампании была опубликована в течение 1 года после сбора данных. Судовую информацию можно просмотреть через Биооптическая система архива и хранения SeaWiFS (SeaBASS), пока бортовую информацию можно просматривать через Центр данных по атмосферным наукам (ASDC).

NAAMES ожидает, что в ближайшие годы будет выпущено много дополнительных публикаций на основе продолжающихся исследований и обработки данных.

Смотрите также


Рекомендации

  1. ^ а б c d е ж грамм час я j k л м Беренфельд, Майкл Дж .; Мур, Ричард Х .; Хостетлер, Крис А .; Графф, Джейсон; Гоб, Питер; Рассел, Линн М .; Чен, Гао; Дони, Скотт С .; Джованнони, Стивен; Лю, Хунъюй; Проктор, Кристофер (22.03.2019). «Исследование аэрозолей и морской экосистемы в Северной Атлантике (NAAMES): научные мотивы и обзор миссии». Границы морских наук. 6: 122. Дои:10.3389 / fmars.2019.00122. ISSN  2296-7745.
  2. ^ Энгель, Аня; Bange, Hermann W .; Канлифф, Майкл; Берроуз, Сюзанна М .; Фридрихс, Гернот; Галгани, Луиза; Херрманн, Хартмут; Херткорн, Норберт; Джонсон, Мартин; Лисс, Питер С .; Куинн, Патрисия К. (30 мая 2017 г.). «Жизненно важная кожа океана: к комплексному пониманию микрослоя морской поверхности». Границы морских наук. 4. Дои:10.3389 / fmars.2017.00165. ISSN  2296-7745.
  3. ^ а б Куинн, П. К .; Коффман, Д. Дж .; Johnson, J. E .; Upchurch, L.M .; Бейтс, Т. С. (2017). «Небольшая часть ядер конденсации морских облаков, состоящая из аэрозолей морских брызг». Природа Геонауки. 10 (9): 674–679. Bibcode:2017НатГе..10..674Q. Дои:10.1038 / ngeo3003. ISSN  1752-0894.
  4. ^ а б Солнце, Цзин; Тодд, Джонатан Д.; Трэш, Дж. Кэмерон; Цянь, Яньпин; Qian, Michael C .; Темпертон, Бен; Го, Цзячжэнь; Фаулер, Эмили К .; Олдрич, Джошуа Т .; Никора, Кэрри Д .; Липтон, Мэри С. (2016). «Обильная морская бактерия Pelagibacter одновременно катаболизирует диметилсульфониопропионат в газы, диметилсульфид и метантиол» (PDF). Природная микробиология. 1 (8): 16065. Дои:10.1038 / nmicrobiol.2016.65. ISSN  2058-5276. PMID  27573103.
  5. ^ а б c Беренфельд, Майкл Дж .; О’Мэлли, Роберт Т .; Босс, Эммануэль С .; Westberry, Toby K .; Графф, Джейсон Р .; Halsey, Kimberly H .; Миллиган, Аллен Дж .; Сигел, Дэвид А .; Браун, Мэтью Б. (2016). «Переоценка воздействия потепления океана на глобальный фитопланктон». Природа Изменение климата. 6 (3): 323–330. Bibcode:2016NatCC ... 6..323B. Дои:10.1038 / nclimate2838. ISSN  1758-678X.
  6. ^ а б c Балагуру, Картик; Дони, Скотт С .; Биануччи, Лаура; Раш, Филип Дж .; Люнг, Л. Руби; Юн, Джин-Хо; Лима, Иван Д. (25 января 2018 г.). Диас, Жоао Мигель (ред.). «Связь между глубокой конвекцией и цветением фитопланктона в северной части Лабрадорского моря в условиях меняющегося климата». PLOS One. 13 (1): e0191509. Bibcode:2018PLoSO..1391509B. Дои:10.1371 / journal.pone.0191509. ISSN  1932-6203. ЧВК  5784959. PMID  29370224.
  7. ^ а б c Беренфельд, Майкл Дж .; Босс, Эммануэль С. (2018). «Пособие для студентов по гипотезам цветения в контексте годовых циклов фитопланктона». Биология глобальных изменений. 24 (1): 55–77. Bibcode:2018GCBio..24 ... 55B. Дои:10.1111 / gcb.13858. ЧВК  5763361. PMID  28787760.
  8. ^ а б c Графф, Джейсон Р .; Беренфельд, Майкл Дж. (14.06.2018). «Реакции фотоакклимации в субарктическом атлантическом фитопланктоне после естественного смешивания-ограничения». Границы морских наук. 5: 209. Дои:10.3389 / fmars.2018.00209. ISSN  2296-7745.
  9. ^ а б Гоб, Питер; Браун, Камрин Д .; Lawson, Gareth L .; McGillicuddy, Dennis J .; Пенна, Алиса Делла; Скомал, Грегори Б .; Фишер, Крис; Торролд, Саймон Р. (2018). «Мезомасштабные водовороты влияют на движения взрослых самок белых акул в Гольфстриме и Саргассовом море». Научные отчеты. 8 (1): 7363. Bibcode:2018НатСР ... 8.7363G. Дои:10.1038 / s41598-018-25565-8. ISSN  2045-2322. ЧВК  5943458. PMID  29743492.
  10. ^ а б Гловер, Дэвид М .; Дони, Скотт С .; Oestreich, Уильям К .; Талло, Алисдэр В. (2018). "Геостатистический анализ мезомасштабной пространственной изменчивости и ошибок в данных о цвете океана SeaWiFS и MODIS / Aqua: МЕСЯЧНАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ SEAWIFS И MODIS". Журнал геофизических исследований: океаны. 123 (1): 22–39. Дои:10.1002 / 2017JC013023. HDL:1912/9640.
  11. ^ а б c Джонс, Бетан М .; Halsey, Kimberly H .; Беренфельд, Майкл Дж. (2017). «Новые подходы без инкубации для определения чистой первичной продуктивности, роста и биомассы фитопланктона на основе проточной цитометрии и количественного определения АТФ и НАД (H): новые методы для оценки NPP и роста». Лимнология и океанография: методы. 15 (11): 928–938. Дои:10.1002 / лом3.10213.
  12. ^ а б c Босс, Эммануэль; Хэнтьенс, Нильс; Westberry, Toby K .; Карп-Босс, Ли; Слэйд, Уэйн Х. (30.04.2018). «Проверка гранулометрического состава, полученного с помощью локального лазерного измерителя рассеяния и пропускания (LISST) в проточном режиме». Оптика Экспресс. 26 (9): 11125–11136. Bibcode:2018OExpr..2611125B. Дои:10.1364 / OE.26.011125. ISSN  1094-4087. PMID  29716037.
  13. ^ а б c Кросби, Юэн; Браун, Мэтью Д.; Потряс, Майкл; Зиемба, Лука; Мур, Ричард Х .; Шинглер, Тейлор; Уинстед, Эдвард; Торнхилл, К. Ли; Робинсон, Клэр; Макдональд, Александр Б .; Дадашазар, Хоссейн (05.09.2018). «Разработка и описание высокоэффективного авиационного осевого циклонного сборщика воды из облаков». Методы атмосферных измерений. 11 (9): 5025–5048. Bibcode:2018AMT .... 11.5025C. Дои:10.5194 / amt-11-5025-2018. ISSN  1867-8548.
  14. ^ а б c Чжан, Минвэй; Ху, Чуаньминь; Ковалевски, Мэтью G .; Янц, Скотт Дж. (2018). "Атмосферная коррекция гиперспектральных измерений с воздуха с помощью GCAS над северной частью Атлантического океана и шельфом Луизианы". IEEE Transactions по наукам о Земле и дистанционному зондированию. 56 (1): 168–179. Bibcode:2018ITGRS..56..168Z. Дои:10.1109 / TGRS.2017.2744323. ISSN  0196-2892.
  15. ^ а б Чжан, Юн; Ван, Цин; Цзян, Синьюань (19 мая 2017 г.). "Анализ свойств неоткалиброванного продукта задержки фазы в реальном времени, генерируемого региональными опорными станциями, и его влияние на разрешение неоднозначности точного позиционирования". Датчики. 17 (5): 1162. Дои:10,3390 / с17051162. ISSN  1424-8220. ЧВК  5470908. PMID  28534844.
  16. ^ а б c Александров Михаил Д .; Кэрнс, Брайан; Синклер, Кеннет; Василевский, Анджей П .; Зиемба, Лука; Кросби, Юэн; Мур, Ричард; Волосы, Джон; Скарино, Эми Джо; Ху Юнсян; Стамнес, Снорре (2018). «Получение размера облачных капель из данных исследовательского сканирующего поляриметра: Подтверждение с использованием измерений на месте». Дистанционное зондирование окружающей среды. 210: 76–95. Bibcode:2018RSEnv.210 ... 76A. Дои:10.1016 / j.rse.2018.03.005. HDL:2060/20180002173.
  17. ^ а б c Беренфельд, Майкл Дж .; Ху Юнсян; О’Мэлли, Роберт Т .; Босс, Эммануэль С .; Хостетлер, Крис А .; Сигел, Дэвид А .; Сармьенто, Хорхе Л .; Шулиен, Дженнифер; Волосы, Джонатан В .; Лу, Сяомэй; Родье, Шарон (2017). «Годовые циклы подъема-спада биомассы полярного фитопланктона, выявленные космическим лидаром». Природа Геонауки. 10 (2): 118–122. Bibcode:2017НатГе..10..118Б. Дои:10.1038 / ngeo2861. ISSN  1752-0894.
  18. ^ а б c Хостетлер, Крис А .; Беренфельд, Майкл Дж .; Ху Юнсян; Волосы, Джонатан В .; Шулиен, Дженнифер А. (2018-01-03). «Космический лидар в исследовании морских систем». Ежегодный обзор морской науки. 10 (1): 121–147. Bibcode:ОРУЖИЕ ... 10..121Ч. Дои:10.1146 / annurev-marine-121916-063335. ISSN  1941-1405. ЧВК  7394243. PMID  28961071.
  19. ^ Беренфельд, Майкл Дж .; Босс, Эммануэль С. (03.01.2014). «Возрождение экологических основ цветения океанского планктона». Ежегодный обзор морской науки. 6 (1): 167–194. Bibcode:2014 ОРУЖИЕ .... 6..167Б. Дои:10.1146 / annurev-marine-052913-021325. ISSN  1941-1405. PMID  24079309.
  20. ^ а б Свердруп, Х. У. (1953). «Об условиях весеннего цветения фитопланктона». Журнал морских наук ICES. 18 (3): 287–295. Дои:10.1093 / icesjms / 18.3.287. ISSN  1054-3139.
  21. ^ а б c Беренфельд, Майкл Дж. (2010). «Отказ от гипотезы критической глубины цветения фитопланктона» Свердрупа. Экология. 91 (4): 977–989. Дои:10.1890/09-1207.1. ISSN  0012-9658. PMID  20462113.
  22. ^ а б c Гоб, П., Дж. Макгилликадди-младший, Д., и Мулен, А. Дж. (2019). Мезомасштабные водовороты глобально модулируют глубину смешанного слоя. Письма о геофизических исследованиях, 46(3), 1505-1512.
  23. ^ а б «Вихри в океане».
  24. ^ а б Гоб, П., Челтон, Д. Б., Самельсон, Р. М., Шлакс, М. Г., и О’Нил, Л. В. (2015). Спутниковые наблюдения мезомасштабной вихревой накачки Экмана. Журнал физической океанографии, 45(1), 104-132.
  25. ^ Чи, П. С., Чен, Ю., и Лу, С. (1998). Ветровые водовороты теплого / холодного ядра глубокого бассейна Южно-Китайского моря. Журнал океанографии, 54(4), 347-360.Чикаго
  26. ^ Кляйн, П., Трегье, А. М., и Хуа, Б. Л. (1998). Трехмерное перемешивание термохалинных фронтов. Журнал морских исследований, 56(3), 589-612.
  27. ^ Кунце, Э. (1986). Поля средней и близкой к инерции скорости в кольце с теплым сердечником. Журнал физической океанографии, 16(8), 1444-1461.
  28. ^ Талли, Л. Д. (2011). Описательная физическая океанография: введение. Академическая пресса.
  29. ^ Сикора, Тодд Д. (1999-09-30). «Тестирование диагностики структуры морского атмосферного пограничного слоя с помощью радара с синтезированной апертурой». Форт Бельвуар, штат Вирджиния. Дои:10.21236 / ada630865. Цитировать журнал требует | журнал = (помощь)
  30. ^ а б Fuhlbrügge, S .; Krüger, K .; Quack, B .; Атлас, Э .; Hepach, H .; Зиска, Ф. (04.07.2013). «Влияние условий морского пограничного слоя атмосферы на численность VSLS в восточной тропической и субтропической северной части Атлантического океана». Атмосферная химия и физика. 13 (13): 6345–6357. Bibcode:2013ACP .... 13.6345F. Дои:10.5194 / acp-13-6345-2013. ISSN  1680-7324.
  31. ^ Чжэн, Гуанцзе; Ван, Ян; Aiken, Allison C .; Галло, Франческа; Дженсен, Майкл П .; Коллиас, Павлос; Куанг, Чонгаи; Люк, Эдвард; Спрингстон, Стивен; Уин, Янек; Вуд, Роберт (2018-12-12). «Морской пограничный слой аэрозолей в восточной части Северной Атлантики: сезонные колебания и ключевые управляющие процессы». Атмосферная химия и физика. 18 (23): 17615–17635. Bibcode:2018ACP .... 1817615Z. Дои:10.5194 / acp-18-17615-2018. ISSN  1680-7324.
  32. ^ а б Toprak, E .; Шнайтер, М. (10 января 2013 г.). «Флуоресцентные биологические аэрозольные частицы, измеренные с помощью интегрированного волнового биоаэрозольного датчика WIBS-4: лабораторные испытания в сочетании с годичным полевым исследованием». Атмосферная химия и физика. 13 (1): 225–243. Bibcode:2013ACP .... 13..225T. Дои:10.5194 / acp-13-225-2013. ISSN  1680-7324.
  33. ^ Петцольд, А .; Hasselbach, J .; Lauer, P .; Baumann, R .; Franke, K .; Gurk, C .; Schlager, H .; Вайнгартнер, Э. (2008-05-06). «Экспериментальные исследования выбросов частиц с круизного судна, их характерных свойств, трансформации и времени жизни в атмосфере в морском пограничном слое». Атмосферная химия и физика. 8 (9): 2387–2403. Дои:10.5194 / acp-8-2387-2008. ISSN  1680-7324.
  34. ^ а б УИТБИ, КЕННЕТ Т. (1978), "Физические характеристики серных аэрозолей", Сера в атмосфере, Elsevier, стр. 135–159, Дои:10.1016 / b978-0-08-022932-4.50018-5, ISBN  9780080229324
  35. ^ а б Финлейсон-Питтс, Барбара Дж .; Питтс, Джеймс Н. (2000), "Приложения химии атмосферы", Химия верхней и нижней атмосферы, Elsevier, стр. 871–942, Дои:10.1016 / b978-012257060-5 / 50018-6, ISBN  9780122570605
  36. ^ Аллен, Боб (06.04.2015). «Атмосферные аэрозоли: что это такое и почему они так важны?». НАСА. Получено 2019-11-19.
  37. ^ "Что такое аэрозоли?". ScienceDaily. Получено 2019-11-19.
  38. ^ а б c d е ж грамм Fuzzi, S .; Baltensperger, U .; Carslaw, K .; Decesari, S .; Denier van der Gon, H .; Факкини, М. С .; Fowler, D .; Корен, I .; Langford, B .; Lohmann, U .; Немитц, Э. (24.07.2015). «Твердые частицы, качество воздуха и климат: извлеченные уроки и будущие потребности». Атмосферная химия и физика. 15 (14): 8217–8299. Bibcode:2015ACP .... 15.8217F. Дои:10.5194 / acp-15-8217-2015. ISSN  1680-7324.
  39. ^ «Введение в динамику климата и моделирование климата - приветственная страница». www.climate.be. Получено 2019-11-19.
  40. ^ Комитет по возможностям для улучшения представления облаков и аэрозолей в климатических моделях с национальными системами сбора: семинар; Совет по атмосферным наукам и климату; Отдел исследований Земли и жизни; Национальные академии наук, инженерии и медицины (31.08.2016). Томас, Кэти (ред.). Возможности улучшить представление облаков и аэрозолей в климатических моделях с секретными системами наблюдений: материалы семинара: сокращенная версия. Вашингтон, округ Колумбия: National Academies Press. Дои:10.17226/23527. ISBN  9780309443425.CS1 maint: несколько имен: список авторов (связь)
  41. ^ а б Годиш, Тад (1997-08-11). Качество воздуха, третье издание. CRC Press. Дои:10.1201 / noe1566702317. ISBN  9781566702317.
  42. ^ Goosse H., P.Y. Барриа, В. Лефевр, М.Ф. Лутр и В. Зунц (2008). «Введение в динамику климата и моделирование климата - Аэрозоли». www.climate.be. Получено 2019-11-19.CS1 maint: несколько имен: список авторов (связь)
  43. ^ Lohmann, U .; Файхтер, Дж. (2005-03-03). «Глобальные непрямые аэрозольные эффекты: обзор». Атмосферная химия и физика. 5 (3): 715–737. Дои:10.5194 / acp-5-715-2005. ISSN  1680-7324.
  44. ^ Растак, Н .; Pajunoja, A .; Acosta Navarro, J.C .; Ma, J .; Песня, М .; Куропатка, Д. Г .; Kirkevåg, A .; Leong, Y .; Hu, W. W .; Тейлор, Н. Ф .; Ламбе, А. (21 мая 2017 г.). «Микрофизическое объяснение зависимого от относительной влажности сродства биогенного органического аэрозоля к воде и его значения для климата». Письма о геофизических исследованиях. 44 (10): 5167–5177. Bibcode:2017GeoRL..44.5167R. Дои:10.1002 / 2017gl073056. ISSN  0094-8276. ЧВК  5518298. PMID  28781391.
  45. ^ Межправительственная комиссия по изменению климата. (2013). Вклад Рабочей группы I в Пятый доклад об оценке Межправительственной группы экспертов по изменению климата: основы физических наук. МГЭИК. С. Рисунок 8.17. ISBN  978-92-9169-138-8.
  46. ^ а б c Куинн, Патрисия К .; Коллинз, Дуглас Б.; Грассиан, Вики Х .; Prather, Kimberly A .; Бейтс, Тимоти С. (2015-04-06). «Химия и связанные свойства свежевыпущенного аэрозоля в виде морских брызг». Химические обзоры. 115 (10): 4383–4399. Дои:10.1021 / cr500713g. ISSN  0009-2665. PMID  25844487.
  47. ^ а б Рассел, Линн М. (2015). «Частицы морских брызг вызывают замерзание облаков». Природа. 525 (7568): 194–195. Дои:10.1038 / 525194a. ISSN  0028-0836. PMID  26354479.
  48. ^ ДеМотт, П.Дж .; и другие. (2015). «Морской аэрозоль как уникальный источник зародышей льда». Труды Национальной академии наук. 113 (21): 5797–5803. Дои:10.1073 / pnas.1514034112. ЧВК  4889344. PMID  26699469.
  49. ^ Frossard, Amanda A .; Рассел, Линн М .; Берроуз, Сюзанна М .; Эллиотт, Скотт М .; Бейтс, Тимоти С .; Куинн, Патрисия К. (26 ноября 2014 г.). «Источники и состав субмикронной органической массы в морских аэрозольных частицах». Журнал геофизических исследований: атмосферы. 119 (22): 12, 977–13, 003. Bibcode:2014JGRD..11912977F. Дои:10.1002/2014jd021913. ISSN  2169-897X. OSTI  1167616.
  50. ^ а б c О'Дауд, Колин Д.; Факкини, Мария Кристина; Кавалли, Фабриция; Кебурнис, Дарий; Мирча, Михаела; Десесари, Стефано; Фуцци, Сандро; Юн, Ён Джун; Путо, Жан-Филипп (2004). «Биогенно обусловленный органический вклад в морской аэрозоль». Природа. 431 (7009): 676–680. Bibcode:2004Натура.431..676O. Дои:10.1038 / природа02959. ISSN  0028-0836. PMID  15470425.
  51. ^ Куинн, П. К .; Бейтс, Т. С. (30 ноября 2011 г.). «Дело против регулирования климата через выбросы серы из океанического фитопланктона». Природа. 480 (7375): 51–56. Bibcode:2011Натура 480 ... 51кв.. Дои:10.1038 / природа10580. ISSN  0028-0836. PMID  22129724.
  52. ^ Ким, Хёнджи; Дуонг, Хиеу Ван; Ким, Ынхи; Ли, Бён-Гвён; Хан, Сынхи (2014). «Влияние размера клеток фитопланктона и концентрации хлоридов на биоаккумуляцию метилртути в морском фитопланктоне». Экологическая токсикология. 29 (8): 936–941. Дои:10.1002 / tox.21821. ISSN  1522-7278. PMID  23065924.
  53. ^ Ли, Чэн-Шиуань; Фишер, Николас С. (2016). «Поглощение метилртути разнообразным морским фитопланктоном». Лимнология и океанография. 61 (5): 1626–1639. Bibcode:2016LimOc..61.1626L. Дои:10.1002 / lno.10318. ISSN  1939-5590. ЧВК  6092954. PMID  30122791.
  54. ^ Тиано, Марион; Трончинский, Яцек; Хармелин-Вивьен, Мирей; Тиксье, Селин; Карлотти, Франсуа (2014-12-15). «Концентрации ПХБ в классах размеров планктона, временное исследование в заливе Марсель, западная часть Средиземного моря» (PDF). Бюллетень загрязнения морской среды. 89 (1): 331–339. Дои:10.1016 / j.marpolbul.2014.09.040. ISSN  0025-326X. PMID  25440191.
  55. ^ Кирсо, У .; Paalme, L .; Voll, M .; Urbas, E .; Ирха, Н. (01.01.1990). «Накопление канцерогенных углеводородов на границе раздела наносов и воды». Морская химия. 30: 337–341. Дои:10.1016 / 0304-4203 (90) 90079-П. ISSN  0304-4203.
  56. ^ Ван, Йи; Цзинь, Сяохуэй; Ху, Цзяньин; Джин, Фен (2007-05-01). «Трофическое разбавление полициклических ароматических углеводородов (ПАУ) в морской пищевой сети из Бохайского залива, Северный Китай». Экологические науки и технологии. 41 (9): 3109–3114. Bibcode:2007EnST ... 41.3109W. Дои:10.1021 / es062594x. ISSN  0013-936X. PMID  17539512.
  57. ^ а б c Геницарис, Саввас; Кормас, Константинос А .; Мустака-Гуни, Мария (2011). «Распространение водорослей и цианобактерий и связанные с ними последствия для здоровья». Границы биологических наук. E3 (2): 772–787. Дои:10.2741 / e285. ISSN  1945-0494. PMID  21196350.
  58. ^ Звонящий, Трейси А.; Дулин, Джеймс У .; Хейни, Джеймс Ф .; Мерби, Аманда Дж .; West, Katherine G .; Фаррар, Ханна Э .; Болл, Андреа; Харрис, Брент Т .; Стоммел, Элайджа В. (01.01.2009). «Группа бокового амиотрофического склероза в Нью-Гэмпшире: возможная роль цветения токсичных цианобактерий». Боковой амиотрофический склероз. 10 (sup2): 101–108. Дои:10.3109/17482960903278485. ISSN  1748-2968. PMID  19929741.
  59. ^ Backer, Lorraine C .; McNeel, Sandra V .; Парикмахер, Терри; Киркпатрик, Барбара; Уильямс, Кристофер; Ирвин, Митч; Чжоу, Юэ; Джонсон, Триша Б .; Ниренберг, Кейт; Обель, Марк; ЛеПрелл, Ребекка (01.05.2010). «Рекреационное воздействие микроцистинов во время цветения водорослей в двух озерах Калифорнии». Токсикон. Вредное цветение водорослей и природные токсины в пресных и морских водах - воздействие, возникновение, обнаружение, токсичность, контроль, управление и политика. 55 (5): 909–921. Дои:10.1016 / j.toxicon.2009.07.006. ISSN  0041-0101. PMID  19615396.
  60. ^ «Изучение рисков для здоровья, связанных с цветением цианобактерий во Флориде». Веб-сайт прибрежной науки NOAA-NCCOS. Получено 2019-11-13.
  61. ^ Тернер, П. С .; Gammie, A.J .; Hollinrake, K .; Кодд, Г. А. (1990-06-02). «Пневмония, связанная с контактом с цианобактериями». BMJ (под ред. Клинических исследований). 300 (6737): 1440–1441. Дои:10.1136 / bmj.300.6737.1440. ISSN  0959-8138. ЧВК  1663139. PMID  2116198.
  62. ^ Ченг, Юнг Сун; Виллареаль, Трейси А .; Чжоу, Юэ; Гао, Цзюнь; Пирс, Ричард Х .; Ветцель, Дана; Наар, Иероним; Баден, Дэниел Г. (1 января 2005 г.). «Характеристика аэрозоля красного прилива на побережье Техаса». Вредные водоросли. 4 (1): 87–94. Дои:10.1016 / j.hal.2003.12.002. ISSN  1568-9883. ЧВК  2845976. PMID  20352032.
  63. ^ Галлителли, Мауро; Унгаро, Никола; Адданте, Луиджи Марио; Прокаччи, Вито; Сильвери, Николо Джентилони; Серебро, Николо Джентилони; Сабба, Карло (01.06.2005). «Респираторное заболевание как реакция на цветение тропических водорослей в умеренном климате». JAMA. 293 (21): 2599–2600. Дои:10.1001 / jama.293.21.2599-c. ISSN  1538-3598. PMID  15928279.
  64. ^ Киркпатрик, Барбара; Пирс, Ричард; Ченг, Юнг Сун; Генри, Майкл С .; Блюм, Патрисия; Осборн, Шеннон; Ниренберг, Кейт; Pederson, Bradley A .; Флеминг, Лора Э .; Райх, Эндрю; Наар, Джером (01.02.2010). «Внутренний транспорт аэрозольных токсинов красного прилива Флориды». Вредные водоросли. 9 (2): 186–189. Дои:10.1016 / j.hal.2009.09.003. ISSN  1568-9883. ЧВК  2796838. PMID  20161504.
  65. ^ а б Фрёлих-Новойский, Дж., Берроуз, С. М., Се, З., Энглинг, Г., Соломон, П. А., Фрейзер, М. П., ... и Андреэ, М. О. (2012). «Биогеография в воздухе: разнообразие грибов над сушей и океанами». Биогеонауки. 9 (3): 1125–1136. Bibcode:2012BGeo .... 9.1125F. Дои:10.5194 / bg-9-1125-2012.CS1 maint: несколько имен: список авторов (связь)
  66. ^ Андреэ, М. О. (1997-05-16). «Атмосферные аэрозоли: биогеохимические источники и роль в химии атмосферы». Наука. 276 (5315): 1052–1058. Дои:10.1126 / science.276.5315.1052. ISSN  0036-8075.
  67. ^ Чарлсон, Роберт Дж .; Лавлок, Джеймс Э .; Andreae, Meinrat O .; Уоррен, Стивен Г. (1987). «Океанический фитопланктон, сера в атмосфере, альбедо облаков и климат». Природа. 326 (6114): 655–661. Bibcode:1987Натура.326..655C. Дои:10.1038 / 326655a0. ISSN  0028-0836.
  68. ^ а б Andreae, Meinrat O .; Эльберт, Вольфганг; де Мора, Стивен Дж. (1995). «Биогенные выбросы серы и аэрозоли над тропической Южной Атлантикой: 3. Атмосферный диметилсульфид, аэрозоли и ядра облачной конденсации». Журнал геофизических исследований. 100 (D6): 11335. Bibcode:1995JGR ... 10011335A. Дои:10.1029 / 94jd02828. ISSN  0148-0227.
  69. ^ а б ANDREAE, M. O .; РАЕМДОНК, Х. (19 августа 1983 г.). «Диметилсульфид в поверхностном слое океана и морской атмосфере: глобальный взгляд». Наука. 221 (4612): 744–747. Bibcode:1983Научный ... 221..744A. Дои:10.1126 / science.221.4612.744. ISSN  0036-8075. PMID  17829533.
  70. ^ а б c d Аллер, Жозефина Ю.; Radway, JoAnn C .; Килтау, Венди П .; Боте, Дилан В .; Уилсон, Теодор В .; Vaillancourt, Robert D .; Куинн, Патрисия К .; Коффман, Дерек Дж .; Мюррей, Бенджамин Дж .; Кнопф, Дэниел А. (2017). «Определение характеристик полисахаридных и белковых компонентов морского аэрозоля с разрешением по размеру». Атмосферная среда. 154: 331–347. Bibcode:2017AtmEn.154..331A. Дои:10.1016 / j.atmosenv.2017.01.053. ISSN  1352-2310.
  71. ^ Энгель, Аня; Bange, Hermann W .; Канлифф, Майкл; Берроуз, Сюзанна М .; Фридрихс, Гернот; Галгани, Луиза; Херрманн, Хартмут; Херткорн, Норберт; Джонсон, Мартин; Лисс, Питер С .; Куинн, Патрисия К. (2017). «Жизненно важная кожа океана: к комплексному пониманию микрослоя морской поверхности». Границы морских наук. 4. Дои:10.3389 / fmars.2017.00165. ISSN  2296-7745.
  72. ^ «Радиационное воздействие аэрозолей и климат», Свойства атмосферного аэрозоля, Springer Praxis Books, Springer Berlin Heidelberg, 2006 г., стр. 507–566, Дои:10.1007/3-540-37698-4_9, ISBN  9783540262633
  73. ^ Огрен, Джон А. (30.06.2010). "Комментарий к" калибровке и взаимному сравнению измерений поглощения видимого света аэрозолями на основе фильтров"". Аэрозольная наука и технологии. 44 (8): 589–591. Bibcode:2010AerST..44..589O. Дои:10.1080/02786826.2010.482111. ISSN  0278-6826.
  74. ^ Арчибальд, Кевин М .; Сигел, Дэвид А .; Дони, Скотт С. (2019). «Моделирование воздействия вертикальной миграции зоопланктона на поток экспорта углерода биологическим насосом». Глобальные биогеохимические циклы. 33 (2): 181–199. Bibcode:2019GBioC..33..181A. Дои:10.1029 / 2018gb005983. ISSN  0886-6236.
  75. ^ а б c Санчес, Кевин Дж .; Чен, Чиа-Ли; Рассел, Линн М .; Бета, Рагху; Лю, Цзюнь; Прайс, Дерек Дж .; Массоли, Паола; Ziemba, Luke D .; Кросби, Юэн С.; Мур, Ричард Х .; Мюллер, Маркус (19 февраля 2018 г.). «Существенный сезонный вклад наблюдаемых биогенных сульфатных частиц в ядра конденсации облаков». Научные отчеты. 8 (1): 3235. Bibcode:2018НатСР ... 8.3235S. Дои:10.1038 / s41598-018-21590-9. ISSN  2045-2322. ЧВК  5818515. PMID  29459666.
  76. ^ Чжан, Минвэй; Ху, Чуаньминь; Ковалевски, Мэтью G .; Янц, Скотт Дж .; Ли, Чжунпин; Вэй, Цзяньвэй (2017-01-23). «Атмосферная коррекция гиперспектральных измерений с помощью системы GCAS над шельфом Луизианы с использованием метода облачной тени». Международный журнал дистанционного зондирования. 38 (4): 1162–1179. Bibcode:2017IJRS ... 38.1162Z. Дои:10.1080/01431161.2017.1280633. ISSN  0143-1161.