海岸线波浪破碎显著增强沿海海盐气溶胶生成：对气候与空气质量的影响机制解析

海岸线波浪破碎(shoreline wave breaking)通过增强海盐气溶胶(SSA)排放，显著影响沿海云凝结核(CCN)和颗粒物(PM10)浓度。Quinn等研究发现，在北大西洋东部观测站，当有效波高(HS)>2米时，SSA对CCN贡献超30%，PM10浓度翻倍。该研究揭示全球海岸线普遍存在的涌浪主导现象使SSA生成与局地风速解耦，对准确评估海洋气溶胶气候效应和沿海空气质量预测具有重要意义。

　　

蔚蓝海岸线上翻滚的浪花不仅是壮观的风景，更是影响全球气候和空气质量的重要自然过程。海盐气溶胶(Sea Spray Aerosol, SSA)作为海洋向大气输送物质的主要载体，其生成机制一直存在认知缺口。传统观点认为SSA主要源于开阔海域的风浪破碎，但越来越多的证据表明，海岸线附近的波浪破碎可能产生更强烈的SSA排放。这种近岸过程是否显著影响沿海乃至全球的气溶胶分布？其气候和环境效应是否被长期低估？这些问题成为困扰大气科学界的难题。

发表在《SCIENCE ADVANCES》的这项研究给出了突破性答案。研究团队整合了北大西洋东部(ENA)观测站10年观测数据，结合美国科德角(Cape Cod)和雷伊斯角(Point Reyes)的对比观测，采用高时间分辨率的气溶胶测量技术（包括云凝结核计数器、扫描电迁移率粒径谱仪和加湿串联差分迁移率分析仪），结合ERA5再分析波浪数据，系统研究了海岸线波浪破碎对SSA生成的影响。

SSA from shoreline wave breaking部分揭示，当有效波高(H_S)超过2米时，SSA导致的CCN浓度波动(R₉₀)可达1000 cm^-3，气溶胶吸湿性参数(κ)常超过1。非挥发性颗粒物粒径分布显示，新生SSA的峰值粒径介于30-100 nm。值得注意的是，这些现象与10米风速(U₁₀)无显著相关性，即使在U₁₀<3 m/s时仍持续出现。

Decoupling of nearshore SSA generation from local wind speed部分阐明了机制：北大西洋冷空气爆发产生的风浪逐渐演变为涌浪(swell waves)，在传播至海岸线时破碎。统计显示，72%的高浪事件由涌浪主导，其能量与局地风速解耦。典型情况下，总波高峰值比U₁₀峰值滞后约12小时，与CCN波动和κ值的峰值完美对应。

Strong impacts of nearshore SSA on coastal CCN and PM部分量化了影响程度：在H_S>3.5米时，近岸SSA对CCN的贡献下限超过50 cm^-3（占总CCN>30%）。SSA衍生的CCN浓度(N_CCN,SSA)在受影响期间达到86.1 cm^-3，是背景值的3倍。PM₁₀质量浓度随H_S增加而显著上升，在H_S>4米时增幅超4 μg/m³。对比观测显示，不同海岸地形下均存在类似现象。

DISCUSSION部分指出全球海岸线分析发现：中纬度和小型洋中岛周边海岸高频出现强浪，其中许多区域（特别是热带海岸）主要由涌浪主导。这种普遍存在的"浪速解耦"现象对SSA研究具有双重启示：一方面，直接使用沿海观测数据评估开阔海域SSA会高估其气候效应；另一方面，当前区域模型因缺乏波浪能量驱动的参数化方案，严重低估了近岸SSA对沿海空气质量（如美国西海岸、西欧等人口密集区）和云微物理过程的影响。

该研究的创新价值体现在三方面：首次系统量化了近岸SSA对CCN种群的贡献，揭示了涌浪主导区域的SSA生成与风速解耦的普遍性，建立了波浪参数与气溶胶特性的定量关系。这些发现不仅为完善地球系统模型中的SSA参数化方案提供了理论依据，也为评估沿海社区空气质量与健康风险提供了新视角。随着气候变化加剧极端波浪事件频率，这项研究为预测未来海洋气溶胶的环境效应奠定了重要基础。