探讨典型半干旱区大气气溶胶的光谱吸收特性及不同成分对其影响- - 基于改进的吸收测量方法

Spectral absorption properties of atmospheric aerosols play a crucial role in their radiative forcing. However, limited understanding of aerosol absorption properties is one of the important factors inducing the large uncertainty in evaluation aerosol effect on climate. This project is intent to improve aerosol absorbing measurements by the use of a heated inlet. By means of synchronous measuring aerosol absorption coefficients with and without the heated inlet, as well as mixing status, size distribution and chemical components using multiple instruments, absorption characteristics of aerosols at a semi-arid site (Tongyu observation station, 44.56 N, 122.92oE) will be studied systematic. The main propose of this research is to investigate the absorption characteristics of different type aerosols, such as black carbon, dust, and organic carbon, and their effect to absorption wavelength dependence. The impact of mixing state on absorption spectral dependence will also be discussed. Results derived from this project will enhance the knowledge of aerosol absorption properties and their spectral dependence in semi-arid area.

气溶胶的吸收特性及其波长变化关系是气溶胶辐射强迫估算中极为重要的部分，而当前对气溶胶吸收特性认识上的不足也是造成气溶胶气候影响存在较大不确定性的重要因素之一。项目将试制前置加热装置，改进吸收测量方法。通过同步测量经过和未经过加热的气溶胶吸收系数，借助多种气溶胶仪器对气溶胶混合状态、粒径分布的测量及化学成分的分析，对典型半干旱区代表站（通榆站，44.56 N，122.92oE）大气气溶胶吸收特性进行系统性实验研究。重点研究黑碳、沙尘、有机碳等不同类型气溶胶的吸收特性、波长指数关系及其变化规律，详细探讨混合状态对气溶胶吸收特性及其波长指数的影响。研究结果将提高对半干旱区大气气溶胶吸收特性及其波长关系的认识。

气溶胶吸收对其辐射效应有极其重要的影响，黑碳作为最主要的气溶胶吸收成分，对其准确定量是降低气溶胶辐射强迫评估不确定性的重要方面。通过观测发现大气中的黑碳气溶胶有很大一部分是内部混合的（即被其它成分包裹），这会使得现有的光学法（如黑碳仪）测量通常会高估黑碳气溶胶的浓度。此外，基于半干旱区通榆站多年的观测资料分析发现，在秋、冬季节，棕碳对气溶胶吸收，尤其在紫外-短可见光波段有显著的影响，这与冷季较多的生物质燃烧排放有关。本研究自主研制了加热剥离装置，让样气在进入测量仪器（如黑碳仪）之前先经过加热，剥离样气中的硫酸盐、有机碳等气溶胶成分，降低其对黑碳测量的影响。实验室测试中，将热剥离装置的温度设置为200°C，利用两台黑碳仪同步测量经过加热和未经过加热的样气中黑碳气溶胶的浓度，发现在可见光-红外波段（470–950 nm），未经热剥离的黑碳平均浓度比经过热剥离的黑碳浓度高6.6% – 8.7%，而紫外波段（370 nm），这一比值可达11.8%，说明除了受到包裹对黑碳吸收增强的影响，棕碳在紫外波段对气溶胶吸收也有显著贡献。今后的研究中，将设置更高的温度（如250–400°C），增加硫酸盐、有机碳等挥发，更准确定量黑碳浓度，评估混合状态以及棕碳对气溶胶吸收特性的影响。