基于飞机观测污染天气条件下黑碳气溶胶对大气的加热影响研究

Black carbon (BC, black carbon aerosol) is mainly derived from the incomplete combustion.It is the main absorption solar shortwave radiation particles.Sky BC aerosols absorption of solar radiation, will heat the atmosphere, change the vertical distribution of atmospheric temperature, influence of atmospheric radiation balance.In today's China is already the world's largest emitter of black carbon aerosol, Beijing as a big city, BC emissions is huge.Serious pollution event happened in recent years, Beijing, and in the pollution events associated with extremely strong inversion, this provides the pollution of continuous stable stratification conditions.Whether heating characteristics of BC aerosols in the atmosphere, strengthen the inversion layer knot, makes pollution.The BC aerosols feedback on the meteorological elements is how?Due to the large number of observational studies our country to the BC almost entirely restricted on the ground, lack of stable high resolution aerial observation platform, cause the heating characteristics of BC in vertical direction and the feedback study of meteorological elements are fewer.This project by using the plane carrying the first SP2 (single particle black carbon photometer) to vertical observation of BC aerosols, second fix SBDART radiative transfer model using the data of the plane, computing the BC vertical heating rate, finally to discuss the relationship between BC heating rate and meteorological elements.

黑碳（BC，black carbon）气溶胶主要来源于不完全燃烧。它是最主要的吸收太阳短波辐射粒子。当空中的BC气溶胶吸收太阳辐射后，就会加热大气，改变大气温度垂直分布，影响大气的辐射平衡。当今中国已是全球黑碳气溶胶最大排放国，北京作为一个超大城市，BC排放量更是巨大。在近几年，北京发生了严重污染事件，而在污染事件中常伴随着极强的逆温，这为污染的持续提供了稳定层结条件。大气中BC气溶胶的加热特性，是否加强了这种逆温层结，造成了污染加剧。BC气溶胶对气象要的反馈是如何的？由于我国对BC的大量观测研究基本上完全限制在地面，缺少高分辨率稳定的空中观测平台，造成其BC在垂直方向上的加热特性及对气象要素的反馈研究偏少。.本项目首先利用飞机搭载SP2（单颗粒黑碳光度计）对BC气溶胶进行垂直观测，其次利用飞机资料修正SBDART辐射传输模式，计算BC的垂直加热率，最后探讨BC加热率与气象要素的关系。

不完全燃烧释放的黑碳是大气气溶胶中最重要的吸光组分。BC可以通过直接的辐射影响影响太阳辐射，通过加热大气。中国是BC省人为排放最密集的热点地区之一。.2012年至2018年，我国北方冬季极重雾霾污染事件频发。污染的增加和雾霾日数的增加与排放和气象条件有关。特别是气溶胶与行星边界层(PBL)的相互作用导致了PBL高度的降低与气溶胶浓度的增加之间的反馈效应。通过减少到达地表的太阳辐射，PBL的这种穹顶效应可以在PBL中大量存在BC的情况下得到增强。这是因为在整个PBL中BC的热效应可能会增强反演，增加PBL的稳定性，这取决于BC层在大气柱中的位置。然而，大多数假设是基于模型的，缺乏直接的观察支持。此外，BC的吸收效率除了质量载荷外，重要的是由其混合状态决定的。因此，了解这些与BC吸收和加热效应相关的信息的垂直剖面是很重要的。以往的研究通过气球平台的现场测量发现了北京上空气溶胶吸收特性的不同垂直结构，并显示了受边界层发展调节的垂直剖面的日变化。利用飞机平台呈现了BC的季节性变化。特别是在北京上空，当受到来自受污染的南部地区的区域性运输的影响时，在PBL上空发现了一个高层。通过对北京地区冷暖季节BC质量载荷和混合态的垂向分布特征的研究，发现BC质量载荷和混合态的垂向结构受局地和天气气象条件的影响。由于气象影响结合地形效应,北京的污染可能是建立在不到一天的时间,然而气溶胶垂直的发展概况和BC如何扮演角色的大气加热污染恶化过程中没有评估，尤其对大气的逆温是否有增强。基于飞机对BC垂直剖面质量载荷和尺寸分辨混合状态的现场表征，我们研究了BC垂直剖面在严重污染事件中的物理性质的演变，并在我们的测量过程中经历了气溶胶- pbl相互作用的清晰过程。详细探讨了BC在这一过程中对太阳辐射的调节作用，其结果为调节BC排放减少污染提供了潜在的指导。