沙漠尘埃在长波辐射加热方面的作用是气候模式估计值的两倍

使行星变暖的尘埃

当大多数人想到空气污染和气候变化时，脑海中出现的是烟囱、汽车尾气和二氧化碳等温室气体。但空气中大量微小颗粒实际上来自沙漠：被风卷起的矿物尘云。本研究表明，这些天然尘粒在困住地球热量方面的作用远超过当前气候模式所承认的——在红外光谱的一个关键波段大约是两倍——这意味着我们一直低估了一种无形的行星增温来源。

覆盖沙漠与海洋的无形面纱

按质量计，沙漠尘埃是大气中最丰富的气溶胶类型。一旦被撒哈拉或澳大利亚内陆等地区的风抬升，尘埃可以远行数千公里，形成悬挂在大陆和海洋上空的朦胧层。这些颗粒会与可见的阳光相互作用，形成我们看到的白色霾，但它们也与我们看不见的热辐射相互作用——即地表和低层大气发射的热能。大部分此类热量通过红外光谱中的一个“窗口”逃向太空，在该波段水汽和其他气体的吸收较少。悬浮在这个窗口中的尘埃改变了离开行星的能量量。

尘埃如何转变热量

尘埃通过两种主要方式影响热量：吸收和散射。由于尘层位于大气高处且温度低于地面，被吸收的热量以较低温度重新辐射，这意味着更少的能量逃逸到太空。散射则带来另一层影响：一部分向上传播的热量被重新导向向下，返回地表。作者建立了一个简单但受严格约束的解析模型，结合了卫星与地面观测资料，描述尘埃的数量、粒径（包括很少在模型中考虑的超大颗粒）以及它们与红外辐射的强烈相互作用。他们发现，粗粒与超粗粒（直径大于几微米）主导了尘埃对热量的影响，并且散射对总体增温效应贡献超过一半。

将模型付诸考验

为了检验他们的计算，研究人员将模型对尘埃改变出射热量效率（单位朦胧度）的估算与来自尘区和不同季节的卫星与实地观测测量值进行比较。他们的方法再现了尘埃加热信号的平均强度和季节性波动，在观测报告的不确定性范围内吻合。相比之下，24个现行全球气候模式系统性地低估了该效应约一倍。主要原因在于许多模式完全忽略了尘埃的红外散射，以及大多数模式低估或干脆省略了最大粒径的尘埃。这些不足导致气候模式错误定位尘埃何时何地加热大气与地表。

改变天气与云系

由于尘埃的额外加热在昼夜间相当稳定，误差会对天气和区域气候产生连锁影响。如果模式低估了尘埃困住热量的程度，往往会高估白天尘埃对地表的冷却作用并低估夜间的增温。这会扭曲尘埃对其自身排放的反馈强度、海陆蒸发量以及下风方向降雨量。悬浮在低云之上的尘埃还能通过改变空气的温度结构，影响这些云的形成与持续。因而遗漏或错误定位尘埃的红外加热会波及云量、风暴路径、季风与热带气旋的预测。

这对气候变化意味着什么

研究得出结论：沙漠尘埃困住的长波热量使地球变暖约+0.25 瓦特每平方米，且不确定度范围较窄。其幅度与某些温室气体效应可比较，并约为当前气候模式模拟值的两倍。与此同时，尘埃也反射阳光并使行星冷却，尤其在海洋等暗色表面上，这种冷却仍存在很大不确定性。因此，科学家们仍不确定过去一个世纪人类活动引起的尘埃变化总体上是使气候变暖还是变冷。尽管如此，这项工作明确指出：若要全面理解这种天然霾如何塑造地球的能量平衡，并改进未来气候预测或天气预报，就必须更真实地处理沙漠尘埃——尤其是其红外散射特性及最大颗粒。

引用: Kok, J.F., K. Gupta, A., Evan, A.T. et al. Desert dust exerts twice the longwave radiative heating estimated by climate models. Nat Commun 17, 3191 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-70952-9

关键词: 沙漠尘埃, 辐射加热, 气候模式, 气溶胶, 地球能量平衡