重要的不只是火烧得有多热，还有火烧在哪里。澳大利亚最近的极端火灾季始于2019年，一直持续到2020年，数百万吨的烟雾颗粒被释放到大气中。这些颗粒大多遵循一种典型模式，在一天或一周后落在地面;然而，在这个国家的一个角落燃烧产生的大火却覆盖了整个南半球长达数月之久。一对以色列科学家设法找到令人费解的2020年1月和2月的测量峰值particle-laden阴霾的大火,然后,最近发表在《科学》的一篇论文中,他们发现了“完美风暴”的情况下,把粒子发出这些火灾到上层大气和传播在整个南半球。
到达平流层(大气层的上层)的粒子通常是通过火山爆发到达的。更极端的火山喷发所释放出的火山灰会使太阳变暗，使地球变冷，同时还会产生壮观的日落。伊兰教授科伦魏茨曼科学研究所的地球和行星科学部门,进行研究与他的前学生,搞清楚Hirsch博士,现在环境科学部门的负责人在洛克Tziona以色列生物研究所,已经注意到一个极端的增加卫星测量大气中的粒子加载称为大气气溶胶或气溶胶光学深度。2020年1月，这些测量结果以标准偏差标示，显示偏差是正常水平的3倍——一些有史以来最高的读数，甚至比1991年皮纳图博山的读数还要高。但是这个时间并没有与任何火山活动相吻合。他们想知道火灾是否可能是罪魁祸首，尽管火灾产生的烟雾大量逃离被称为对流层的低层大气是很罕见的。对流层从地面延伸到几公里的高度，如果烟雾颗粒能够上升到这么高的高度，它们就会撞到一个叫做对流层顶的逆温层，它相当于对流层和平流层之间的天花板。
通过回溯和利用几个卫星的数据，包括AOD，激光雷达读数，揭示了粒子在大气“切片”中垂直分布的情况，两人能够证明这些峰值的来源是森林大火——特别是那些在澳大利亚东南部燃烧的森林大火。对卫星数据的进一步分析显示，平流层中的宽幅霾带向南半球扩散，在1月至3月达到峰值，并持续到7月;绕了一圈又回到了澳大利亚西海岸。
这些烟雾粒子是如何穿透对流层顶的?为什么它们来自这些火而不是其他的火?赫希说，线索就在另一处几年前发生在加拿大的遥远森林火灾中。当时也有记录显示AOD水平很高。这两次火灾都发生在远离赤道的高纬度地区。
在这些纬度地区对流层的高度会缩小:在热带地区，它的上限可以达到地表以上18公里，而在北纬45度和南纬45度以上的某个地方，它会突然下降到大约8-10公里的高度。因此，使粒子能够跨层飞行的第一个因素，就是能够穿过的大气层更少。
火积云——由火的能量产生的云——被认为是一种将烟雾运送到平流层的方式。然而，在检查卫星数据时，赫希和科伦注意到，火积云只在大火持续时间的一小部分形成，它们大多出现在海岸中部燃烧的大火上方。换句话说，这些云无法解释被发现的大量被运送到平流层的原因，而且从源头顺风升起的另一种机制也缺失了。
这就引出了第二个因素:被称为中纬度气旋带的地带的天气模式，该地带贯穿澳大利亚南端，是地球上风暴最猛烈的地区之一。烟雾首先被低层大气中的盛行风平流(水平移动)到太平洋，然后其中一些烟雾在那里汇聚到深层对流云中，在云的核心被提升到平流层。一个有趣的反馈机制被称为“气溶胶使云活跃”，可以进一步加深云。在之前的一项研究中，作者已经表明，在诸如南大洋原始环境这样的条件下，对流云是“受气溶胶限制的”。因此，上升的烟雾水平可以起到云凝结核的作用，使云发展到更深的地方，从而增加能够穿透对流层顶并将烟雾注入平流层的云的数量。
在同温层上，这些粒子发现自己进入了一个与它们刚刚离开的世界不同的世界。如果下面的空气受混合和搅动气流的支配，上面的空气则以稳定的线性方式流动。也就是说，当时有一股强大的洋流，正将它们向东移动，越过大洋到达南美洲，然后再回到印度洋，到达澳大利亚，然后慢慢地在整个半球定居下来。“智利人吸入了澳大利亚大火产生的颗粒物，”赫希说。由于在无穷无尽的气流中航行，这些微粒在空气中停留的时间要比低层大气中的烟微粒长得多。
“对于地面上的人来说，空气可能看起来有点模糊，日落可能有点红。但是如此高的AOD——远远高于正常水平——意味着阳光被阻挡了，就像火山爆发后一样，”科伦说。“所以，烟雾对大气的最终影响是冷却，尽管我们仍然不知道冷却和变暗可能对海洋环境或天气模式有多大影响。
“在加利福尼亚、澳大利亚和热带地区，总是有火灾在燃烧，”他补充说。“我们可能无法阻止所有的燃烧，但我们确实需要了解，这些火灾的精确位置可能会给我们的大气带来截然不同的影响。”
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Ilan Koren教授的研究得到了de Botton海洋科学中心的支持;苏斯曼家庭环境科学研究中心;肖尔博士基金会水与气候研究中心;本·梅化学理论与计算中心;斯科特·埃里克·乔丹;Yotam项目;埃米尔·米姆兰的庄园;以及欧洲研究理事会。科伦教授现任气候变化研究贝克/勒博维奇主席。