中国东北地区农作物残茬燃烧气溶胶光学特征及对直接辐射效应研究

The Northeast China has a unique geographical location and climate characteristics, and the atmospheric aerosol optical properties and its parameters inversion is the key parameters in the study of regional aerosol direct radiation effect and the climate change. This study selected typical area in northeast China as the research object, reveal the distribution and characteristic changes of regional aerosol optical properties and direct radiative forcing; according to the light absorption differences of BC, OC and other special aerosol in different wavelengths to identify and recognition the main types of atmospheric aerosol and its mixed state in Northeast China. Combined with the Northeast straw burning pollutant emission events, according to the meteorological elements and weather background in the same period, cooperate with the ground-based observations, the satellite remote sensing monitoring and backward trajectory model analysis, according to the spatial distribution of the fire, wind field data as well as the influence of the area air source, focus on the analyzing of aerosol optical characteristics and the direct radiation forcing effect during the straw burning period. The objective of this project is to provide a further data support and theoretical reference to reveal regional atmospheric aerosol pollution and cross-regional transmission local events and the application of various climate patterns in northeast China.

我国东北地区具有独特的地理位置和气候特点，大气气溶胶光学特性及其参数反演是研究区域性大气气溶胶直接辐射效应和气候变化的关键参数。本研究选取我国东北不同典型地区为研究对象，揭示该区域大气气溶胶光学-辐射特性的时空分布与变化规律；通过BC、OC等特殊气溶胶在不同波段对光吸收的差异性，甄别识别影响东北区域的大气气溶胶的主要类型及混合状态。根据东北区域秸秆焚烧污染物排放事件，结合同期气象要素及天气背景资料，将地基观测与卫星遥感监测和后向轨迹模型分析相结合，通过火点的空间分布、风场资料以及影响该区域的气团来源，重点分析秸秆焚烧期间气溶胶光学特性与直接辐射强迫效应的变化特征。本研究为进一步揭示东北区域大气气溶胶的本地和跨区域污染传输事件以及各种气候模式在我国东北区域的应用提供一定的数据支持和理论参考。

本项目基于东北地区太阳光度计的直接和散射辐射观测资料，得到不同典型地区（城市、沿海、背景地区）气溶胶光学-辐射特性时空分布特征，揭示了东北区域吸收性气溶胶光学特性的分布和变化；研究了我国东北地区秸秆焚烧期间大气气溶胶的区域性污染特征及主要来源，探讨了我国东北地区秋冬季污染过程中大气边界层与气溶胶垂直消光特性的相互关系；取得了较高水平的研究成果，主要研究结果如下：.（1）深入分析了东北地区多年大气气溶胶光学特性数据，研究发现细模态粒子在城市地区（沈阳）占主导地位；由于吸湿效应或云形成过程，较高的气溶胶光学厚度出现在7月约为0.67–1.25；单散射反照率在城市和工业地区表现出强到中等的吸收性(0.84-0.86)，在沿海和农村地区表现为较弱的吸收性(0.92-0.94)；城市和工业地区较高的大气层底直接辐射强迫代表着较强的地表冷却效应，而在沿海地区大气层顶具有较大的直接辐射强迫值则表明地球-大气系统整体具有较强的冷却作用。本研究为东北地区大气气溶胶微物理及光学-辐射特性时空分布特征提供了新的信息。.（2）在我国东北地区构建了基于光学-辐射特性的气溶胶分类方法，指出城市和工业地区的主要气溶胶类型是混合吸收性气溶胶粒子，而沿海和农村地区主要是弱吸收性细模态气溶胶粒子；揭示了东北区域吸收性气溶胶光学特性的分布和变化；估算了雾-霾事件过程中气溶胶的辐射冷却效应，研究成果揭示了气溶胶对东北区域气候变化的潜在影响。.（3）基于我国东北地区大气气溶胶消光特性的垂直分布规律，指出春季的沙尘气溶胶粒子和夏季新粒子生成事件，以及秋冬季节生物燃烧和燃煤排放的影响对该地区气溶胶消光系数的影响较大。颗粒物和气态污染物的局地排放和上层气溶胶的对流活动是影响东北地区大气气溶胶垂直方向气溶胶消光变化的主要原因，研究成果将为我国区域大气污染防治等方面提供基础数据。.（4）本项目成果发表SCI论文9篇，中文核心期刊论文2篇，在8次国内会议上进行了有关项目成果的学术交流。