侯赛因·福鲁坦 的使命是减少气候变化的不确定性。
虽然许多人都想到了二氧化碳等温室气体的影响，但气候变化的其他方面还不为公众所熟知。土木与环境工程副教授、弗拉林生命科学研究所全球变化中心附属教员福鲁坦希望将这些影响推到最前沿。
Foroutan 有两个创新项目，总额近 140 万美元，主要研究空气中的矿物尘埃和土壤中的一氧化二氮，并将解决气候变化的各个方面，包括地球辐射平衡和农业温室气体排放。
解码灰尘
矿物尘埃在塑造地球气候和生态系统方面发挥着关键作用。
福鲁坦说
每年有 10 亿到 20 亿公吨的矿物粉尘被排放到大气中。”尘埃排放源自干旱地区，是大气气溶胶的重要来源。它们可以改变云的形成和沉淀方式，影响我们呼吸的空气质量，并影响植物的生长方式。为了解决尘埃矿物学在这些过程中的作用，基于实地观察的地表土壤矿物学图集取得了进展。然而，这些图集非常稀疏，没有考虑到尘埃辐射和生物地球化学特性的区域差异。
美国宇航局 地球矿物尘埃源调查 (EMIT) 任务代表了对尘埃矿物学理解的重大飞跃。利用高光谱成像，EMIT 从国际空间站收集地球干旱地区颜色和成分的数据。这些丰富的数据有望增强对地球矿物尘埃循环及其对地球温度的影响的理解——无论是通过反射阳光还是捕获热量。尽管 EMIT 数据具有潜力，但仍缺乏分辨率来完全捕捉大气尘埃羽流的动态和过程。弥合这一差距对于完善对尘埃在地球系统中的作用的理解以及利用 EMIT 在推进科学知识方面的潜力至关重要。
“我们尚未完全了解尘埃颗粒是否会使大气变暖或变冷，”Foroutan 说道。虽然 EMIT 的数据提供了有关地球表面土壤和尘埃矿物学的更高层次的理解，但空气中尘埃的矿物学与母土的矿物学有何不同这一问题仍然存在。“我们的项目旨在解决这个关键问题。” 为了弥补这一空白，美国国家航空航天局科学任务理事会向福鲁坦颁发了 68 万美元的奖金，用于研究尘埃羽流的矿物学和地球化学演变。
重要性
矿物尘埃在地球的环境过程中起着至关重要的作用，影响着气候和生态系统。干旱地区的尘埃是大气颗粒的主要来源，影响着太阳辐射、云的形成、降水模式、空气化学、人类健康和营养分布。
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过度简化问题
许多气候模型将尘埃视为一种均匀的物质，忽略了对其影响有重大影响的成分变化。这种简化可能导致不准确，因为不同的成分（例如不同的氧化铁水平）可以改变尘埃的影响，从冷却变为变暖。
EMIT 任务
2022 年，NASA 的 EMIT 任务开始利用先进成 全包装服务 – 班加罗尔搬家包装公司 像技术绘制干旱地区的矿物成分图，以增进我们对地球尘埃循环的了解。然而，我们仍然缺乏关于尘埃矿物在大气传播过程中如何演变的详细知识，尤其是在区域尺度上。
本研究
本项目将重点研究尘埃矿物学与大气过程之间的关系，特别是非洲源区与西班牙加那利群岛特内里费岛之间的关系。通过分析来自这些地区的尘埃样本，Foroutan 和他的团队旨在了解尘埃成分在旅途中的变化及其对气候的影响，最终努力减少气候模型中的不确定性。
方法：该团队将整合卫星观测、地面测量和大气建模 cm列表 的数据，以揭示尘埃如何影响地球气候。该团队将利用多平台框架建立尘埃矿物学变化与大气过程之间的联系。
参与者： Foroutan 是团队的首席研究员，该团队由以下人员组成：
- 弗吉尼亚理工大学地质学副教授Frederick M. Michel
- 西班牙加那利群岛特内里费岛拉古纳大学的克里斯蒂娜·冈萨雷斯·马丁
- 弗吉尼亚理工大学土木与环境工程博士后学者阿里·侯赛因·马尔迪
增强农业生态系统模型
Foroutan 的第二个项目旨在解决在全国范围内估算农业土壤一氧化二氮排放量的挑战。美国农业部授予他 715,000 美元，用于评估和更新农业生态系统模型的大气成分，以更好地了解氮循环和温室气体排放。这项工作由农业部、自然资源保护局和 Foroutan 的团队合作领导，将评估和提高多尺度农业生态系统模型中氮循环和温室气体排放建模的准确性。
该项目名为“气候和保护评估的综合农业生态系统-大气模型改进”，将把基于过程的大气模型与整个美国的种植和土壤系统模型结合起来。
农业气候威胁： 一氧化二氮是一种强效温室气体，可以吸收红外辐射，将热量困在大气中，导致全球变暖。农业是一氧化二氮排放的最大来源，主要来自合成肥料和有机肥料的施用。土壤中的微生物硝化和反硝化过程将肥料中的氮转化为一氧化二氮，然后释放到大气中。
重要性：一氧化二氮在 100 年内对全球变暖的潜能值约为二氧化碳的 300 倍。一氧化二氮的排放主要来自化肥施用和畜牧业，这使得农业成为全球变暖和臭氧消耗的主要因素。
福鲁坦解释说，美国约 77% 的一氧化二氮排放来自农业土壤。“准确估算全国范围内的这些排放量对于了解农业管理和气候变化的相互影响至关重要，”他说。
估算挑战：准确估算一氧化二氮排放量需要了解氮的输入和输出途径，如氨挥发、氮氧化物排放和氮沉降。这些途径在农业模型中经常被忽视，导致我们对氮循环的理解存在差距。
本研究：研究人员正在开发一个统一的农业生态系统-大气模型，该模型整合了跨尺度和空气与农作物之间的这些途径。该模型将农业管理数据与大气成分相结合，以更好地量化氮循环。
方法： Foroutan 及其团队将开发一个综合评估框架，将环境政策综合气候和社区多尺度空气质量建模系统整合在一起。该框架将使用一系列现场测量和卫星数据进行评估，以准确表示不同景观和土壤管理实践下大气与农业土壤之间的过程。
这两个项目对于增进我们对复杂环境过程的理解和提高建模能力具有重要意义。从这些努力中获得的见解有可能为政策决策提供信息，指导保护工作，并有助于农业和环境管理中更可持续的实践。
随着这些项目的不断展开，预计其研究成果将在应对紧迫的环境挑战方面发挥关键作用，最终为更具弹性和可持续性的未来铺平道路。
