桑迪亚科学家开发了计算机工具来研究无意的海洋云变亮。为了了解这些船迹如何移动和消散，科学家们创建了一个船迹的数学模型以及它们持续多长时间，他们在最近发表在《环境数据科学》上的一篇论文中分享了这个模型。

“船舶尾气是气溶胶注入低层大气的一个例子，影响当地环境，每天都在发生，”桑迪亚统计学家兼项目负责人Lyndsay Shand说。

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“我们一直在开发分析工具，以了解卫星收集的观测数据对云的废气影响。例如，我们可以定位新形成的船舶轨迹并跟踪其演变，以更好地了解它如何随着时间的推移影响当地的海洋环境。我们发现船舶轨道持续超过24小时，比以前记录的要长。

形成海洋云以减缓气候变化

船舶轨道是海洋云变亮的一个无意例子，这是一组正在考虑减缓气候变化及其影响的技术。海洋云增亮的工作原理是产生海洋云，在热量被大气或地球表面吸收之前将一些阳光反射回太空。

另一组类似的气候干预技术称为平流层气溶胶或气体注入。这涉及向高层大气中添加称为气溶胶或高处的微小颗粒，模仿大型火山喷发的影响，以反射一些阳光并减少气候变化。

这两组技术有可能抵消温室气体的影响，温室气体通过捕获热量起作用，但可能会产生负面的副作用。

全国和全球的气候科学家希望了解海洋云增亮和其他气候干预技术如何影响当地和全球气候，以便更好地为决策者提供信息，桑迪亚大气科学家Erika Roesler说。

Shand和Roesler说，桑迪亚研究人员希望在我们称之为家的星球上进行任何大规模实验之前，了解海洋云增亮对全球降水，区域温差等的潜在影响。

跟踪云层并减少不确定性

Shand项目的重点是开发分析工具，以了解船舶轨道的形成和行为。目标是能够使用公开的卫星图像和船舶位置信息确定船舶轨道何时形成以及它们持续多长时间。

罗斯勒说，船舶轨道由船舶排放物周围的空气中的水蒸气凝结形成，反射阳光。全球各地都发现了船迹，比以前认为的要频繁得多，为研究团队提供了廉价和无意的实验。

“了解来自船舶，发电厂和其他人类活动的气溶胶如何影响气候是气候模型中不确定性的最大来源之一，”尚德说。“如果我们能够更好地理解这些影响，我们就可以减少气候模型中的不确定性，并改善政策制定者的决策。

Shand说，通过这个项目，该团队现在可以识别并跟踪新形成的船舶轨道，因为它与云层一起移动，而产生它的船舶继续向另一个方向移动并形成新的轨道段。这对于更好地了解船舶尾气对周围云层的长期影响非常重要。她补充说，这些知识可以帮助科学界完善和改进气候模型。

卫星图像和创新算法

在这项研究中，研究人员使用了美国国家海洋和大气管理局和美国宇航局地球静止实用环境卫星的数据。每颗卫星每15到500分钟拍摄一次地球固定区域的快照。Shand说，单个快照中的每个像素代表<>平方米到两平方公里的区域，或大约五分之一平方英里到四分之三平方英里。

该团队专注于2019年从下加利福尼亚州到阿拉斯加的北太平洋三个为期三天的卫星图像。他们还在智利沿海的南太平洋和从上海到的东中国海观察了船只的踪迹。

“在论文中，我们引入了两种新算法来跟踪船舶轨道编队，”Shand说。“一种算法使用观察到的图像，另一种算法使用物理现象，例如已知的风速和风向。这两种算法都允许我们确定船舶轨道持续多长时间，但基于图像的算法对于持续超过八小时的轨道表现要好得多。这使我们能够研究船舶尾气如何消散到云层中，以及需要多长时间才能从视线中消失。

Shand说，凭借其新的基于图像的算法，研究小组能够跟踪船舶轨道的行为超过12小时，有时长达29小时。这比大多数大气建模模拟要长得多，后者研究船舶轨迹需要六到八个小时。它也比大多数飞机最后的凝结尾迹更长，在船舶轨道形成的高处创建，在适当的条件下，可以保持可见长达四到六个小时。

为了做出如此大的性能改进，团队需要克服两个关键挑战。首先，他们采用了运动跟踪算法来跟踪低成形的船舶轨道，距离海面不到3英尺。在000，30英尺以上的高度，低云比更快，更大的云更具跟踪挑战性。

其次，新算法还可以在日落和日出时跟随具有挑战性的光线变化。“这个项目真正巧妙的事情之一是，我们可以在完整的日常周期中跟踪轨道，”Shand说。

除了跟踪船舶轨迹外，这些算法还应该有助于研究任何未来的有意海洋云增亮实验。该团队正在努力将其算法提供给其他研究人员。

Shand说，这个项目导致了与联邦和学术研究人员的合作和对话。作为去年启动的多个项目的一部分，该项目期间开发的工具正在扩展。

“进行这种气候干预存在风险，”罗斯勒说。“气候科学界的作用是了解这些新兴技术及其风险和收益，以便在未来更好地为决策者提供信息，如果气候干预对于拯救地球是必要的。