民用生物质燃烧排放有机碳气溶胶的吸光特性研究

Organic carbon, the main component of atmospheric aerosol, has strong light absorption in the ultraviolet and short-wavelength blue regions. It's radiative forcing and climate impact has gain most attention in atmospheric field. China is the most important contributor to global carbonaceous aerosol emissions, however, studies on light absoprtion by organic carbon from combustion souces in China are limited. In view of this situation, we select residential biofuel combustion, the most important contributor to organic carbon emissions in China - as the research object, through to the extraction and analysis of aerosol organic component, measurement of light absorption characteristics, we obtain key characteristic parameters of light absorption by organic carbon emitted from biofuel combustion in China, and quantify radiative impact by organic carbon, and identify the key influence factors and the key organic species on light absorption by organic carbon. This project will deepen our understanding of light absorption by organic carbon. Research results can be used for input parameters for climate model to simulate radiative impact by organic carbon, and help to reduce the uncertainty of assessment of aerosol climate impact, and provide a scientific basis on design countermeasure on stable climate change related to aerosol and scientific support for the national environmental diplomacy.

有机碳是大气气溶胶的主要组成部分，在近紫外线和中可见光谱区域具有强的吸光性能，其辐射强迫和气候效应是大气研究的前沿问题。我国是含碳气溶胶的排放大国，而排放源有机碳吸光特性方面的研究尚不多见。针对这种状况，本研究以我国最主要的一次有机碳排放源－民用生物质燃料燃烧所排放的气溶胶为研究对象，通过对气溶胶中有机组分提取与分析、吸光特性的测量，获取有机碳气溶胶吸光特性的关键特征参数，定量解析有机碳气溶胶的辐射效应，识别影响有机碳气溶胶吸光特性的关键因素，辨析影响吸光的关键有机物种。本项目将加深对有机碳气溶胶吸光特性的认识，研究成果可用于气候模式模拟有机碳气溶胶的辐射强迫，有助于降低气溶胶气候效应评估的不确定性，为制定稳定气候变化中有关气溶胶问题的对策提供科学依据，为国家环境外交提供科学支持。

在实验室模拟生物质闷烧产生气溶胶，通过对气溶胶中有机组分提取与分析、吸光特性的测量，获取有机碳气溶胶吸光特性的关键特征参数，定量解析有机碳气溶胶的辐射效应，分析影响吸光的关键有机物种。.实验发现了生物质处于闷烧状态时，排放出的颗粒物绝大部分是有机碳颗粒。其中水溶性物质占总OC的70%以上。.对采样膜和提取液进行吸收埃斯特朗指数（AAE）分析之后发现，膜透射得到的结果，生物质闷烧排放OC的平均AAE值在4.9~6.1范围；随着温度升高，AAE值下降。膜上有机物的沉积量会对AAE产生影响，沉积量越多，光谱依赖性越差，AAE值越小。水溶性有机物有更高的AAE值。.分析膜透射和提取液的质量吸收效率后发现不同方法得到的参数存在差异，膜透射得到的低温样品的质量吸收效率高于溶液提取得到的质量吸收效率；结合质量吸收效率和颗粒物密度，得到了不同波长下的复折射指数虚部k。.通过对红外光谱（FTIR）和核磁共振（NMR）的谱图做积分后发现在热解温度上升的过程中，脂肪烃类物质占的比例在下降，芳香类物质和大分子物质的比例在上升。.小分子类物质、烃类物质、水溶性物质的光谱依赖性强于大分子类物质和芳香环物质、非水溶性物质。而质量吸收效率却是小分子类物质、烃类物质、水溶性物质小于大分子类物质和芳香环物质、非水溶性物质。.生物质燃烧产生的有机碳质量吸收效率受非水溶性物质影响更大，光谱依赖性受水溶性物质更大。高温产生的非水溶性非极性物质比非水溶性极性物质的质量吸收效率更大，低温时非水溶性极性物质的质量吸收效率更高。.生物质燃烧产生排放出的OA，对于地球平均表面（as = 0.19），尽管总体上仍然是负强迫效应，但吸收性的OC 却比非吸收性气溶胶增大了2.5~9.3W/g；并且对极地和高山地区雪表面（as = 0.80）的影响更大，总体上是正强迫效应，增大量为7.5~29.2 W/g。