我国家用燃煤源气溶胶的光学性质及其对辐射强迫的影响

Aerosol can influence the radiative balance of the earth-atmosphere system by direct and indirect effects, thereby plays an important role in global climate change. However, aerosol effect on radiative forcing is considered as the key uncertainty. The optical properties of aerosol are an important basis for studying the aerosol radiation effect, but are still poorly understood in China and aboard, especially for aerosol from residential coal combustion. Laboratory burn tests will be conducted using a custom-made combustion chamber to monitor real-time optical parameters of aerosols from residential coal combustion. Particle size distribution, combustion parameters, aerosol aging time and chemical compositions will be also measured to comprehensive study their relations with optical properties of coal combustion aerosol. Further, the contribution of major chemical components to light absorption and scattering will be quantified. Optical parameters obtained from this study, combined with OPAC-TUV model can be used to evaluate the effect of coal combustion aerosols on radiative forcing. Findings from this work can provide scientific support on air pollution control and climate change.

大气气溶胶可通过直接和间接辐射效应改变地气系统的辐射平衡, 在全球气候变化中扮演着重要的角色。然而气溶胶对辐射强迫的影响仍然存在很大的不确定性。气溶胶的光学性质是研究气溶胶辐射效应的重要基础，其中有关源排放气溶胶光学性质的研究和认识仍然不足。本项目拟利用实验室模拟采样系统，实时监测家用燃煤源气溶胶的光学参数，研究其与粒径分布、燃烧条件、老化时间、化学组成之间的相关关系，揭示家用燃煤气溶胶光学性质的演变规律，定量气溶胶主要化学组分对光吸收和散射的贡献。同时结合OPAC-TUV箱式模型，评估家用燃煤源气溶胶对辐射强迫的影响，为气候变化和大气治理研究提供科学依据。

气溶胶的光学性质是研究气溶胶辐射效应的重要基础，其中有关源排放气溶胶光学性质的研究和认识仍然不足。本项目利用实验室模拟采样系统结合在线气溶胶监测和离线滤膜采样手段，表征家用燃煤源排放气溶胶的理化性质和光学特征，评估家用燃煤源对辐射强迫的影响，为气候变化和大气治理研究提供科学依据。主要结果如下：. （1）家用燃煤源气溶胶化学组分的排放特征及二次老化影响. 我国煤炭家用燃烧排放PM2.5、OC、EC、PAHs、SO42-、NO3-和HTEs的排放因子范围分别为0.45–18.35 g kg-1、0.10–6.60 g kg-1、0.02–10.56 g kg-1、0.96–2371 mg kg-1、123–529 mg kg-1、3.89–112 mg kg-1和5.50–25.02 mg kg-1。结果显示，挥发分高的煤炭有着更高的颗粒物排放。家用燃煤源会排放高浓度的SO2和NOx等前体物，二次老化后SO42-、NO3-、NH4+等二次相关组分的占比有明显提高。. （2）家用燃煤源吸光性碳气溶胶的光学特征. 研究家用煤炭燃烧过程中的实时吸光特征，发现370nm至880nm波长下AAEs的数值范围在1.19到1.26之间，表明煤炭燃烧排放中可能存在BrC。通过AAE模型定量BrC在370nm波长下对光吸收的贡献为15%至18%，并由此计算家用燃煤源BrC和BC的光学排放因子（AEF）。结果显示高挥发性烟煤的AEFBrC和AEFBC分别为13.64±0.13 m2 kg-1和94.79±15.64 m2 kg-1，高于低挥发分烟煤（AEFBrC：2.01±0.44 m2 kg-1和AEFBC：9.46±3.17 m2 kg-1）。. （3）家用燃煤源吸光性气溶胶对辐射强迫的作用. 2015年中国家用燃煤源BrC贡献的吸收质量截面积（ACS）为615 Gm2，高分辨率光学排放清单显示ACSBrC的地理分布差异较大，中国东部的排放强度明显高于西部，特别是京津冀地区，占全国家用燃煤ACSBrC排放量的20%。这是首次建立中国的BrC光学排放清单，对于进一步提高模式辐射强迫评估的准确性提供科学依据。