含碳气溶胶光谱特性研究

The sum of black carbon (BC) aerosol and the brown carbon (BC) aerosol, represents one of the largest pools of absorbing aerosol globally, which has a strong effect on global and regional climate. The mixing state and its optical properties are far from being well understood. In this proposal, the mixing state and the spectral absorption and scattering properties of BC and BrC will be studied by combining our novel aerosol spectral measurement system, the aerosol laser time-of-flight mass spectrometer (ATOFMS), and a volatility Tandem differential mobility analyzer (V-TDMA). The changes of aerosol optical properties caused by the microphysical properties will be studied. The relationship between the aerosol optical properties and aerosol size distributions, composition, mixing state, the hygroscopicity properties will be studied in detailed with the laboratory study, field measurement, and optical model research. By performing this research, we hope that we can extend our knowledge of our understanding of the global and regional climate changes.

含碳气溶胶中的黑碳（BC）和棕碳（BrC）之和，是全球气溶胶最大的吸收体，对气候变化有着重要影响，至今其混合态及其光学特性还存在很大争议。本项目拟应用我们发展的新型气溶胶光谱测量方法，结合气溶胶激光飞行时间质谱（ATOFMS）和挥发性串联式差分迁移率分析系统（V-TDMA），开展BrC、BC 混合态的吸收和散射光谱特性的研究，获得其变化规律。通过实验室研究，典型外场测量以及光学模型的建立，对其演化过程及其光谱特性与气溶胶粒谱分布、成分、混合态、吸湿特性之间的关系进行研究，进一步提高对BC和BrC光学特性的认识，从而减小其对全球变化影响科学问题认知的不确定性。

含碳气溶胶中的黑碳（BC）和棕碳（BrC）之和，是全球气溶胶最大的吸收体，对气候变化有着重要影响，至今其混合态及其光学特性还存在很大争议。本项目应用我们发展的新型气溶胶光谱测量方法，开展BrC、BC混合态的光学特性研究。通过实验室实验、典型外场测量以及光学模型的建立，对其演化过程及混合状态开展研究，进一步提高对BC和BrC光学特性的认识。..在过去的5年中，围绕项目的目标和内容，主要工作及成果如下：..（1）建立了系列特色仪器和综合研究平台，具体包括：①用于气溶胶吸收和散射光谱测量的单次散射反照率（ω）光谱仪；②水溶性及醇溶性有机碳光吸收光谱测量装置；③用于气溶胶混合状态测量的热扩散管及挥发性/吸湿性串联差分电迁移率分析仪（V/H-TDMA）；④实验室生物质/化石燃料燃烧装置（燃烧室）的建立；⑤以及用于混合老化过程研究的光化学烟雾箱及流动反应管。其中，气溶胶ω光谱仪为国际首创，已推广应用。平台将进一步提升含碳气溶胶光学特性的研究能力。.（2）实验室开展了二次有机气溶胶（SOA）光学特性测量研究，光谱测量显示SOA在紫外波段有明显吸收；开展了生物质燃烧实验，发展了燃烧状态评估新的参数化方案。吸收的波长指数及ω的变化关系清晰地表明：燃烧效率决定着生物质燃烧产生气溶胶中的BC和BrC的比值，同时，决定着生物质燃烧气溶胶的粒谱和光学特性的变化。.（3）围绕含碳气溶胶光学特性，开展了多次外场综合观测实验。①北京冬季的外场综合观测实验表明，尽管BC质量浓度仅占PM1.0的4%，但由于其吸收较强，且在经历大气老化过程后，吸收进一步增强，对大气细粒子消光的贡献高达17%；在污染天气下，SOA所占比例高达50%。BC的等效质量吸收效率与OC/EC之比的高度相关性表明，在470nm波长处，SOA对PM1.0吸收的贡献不可忽略。②寿县夏季的外场综合观测实验表明，光化学老化对BC的光吸收增强（Eabs）和ω有重要影响。发展了新的光学模型，定量获得各个参量对光吸收的贡献。研究发现：BC的光吸收增强依赖于壳层的厚度和壳层的光吸收能力；在高氧化条件下，壳层的光吸收会增强。..在项目研究过程中，已发表期刊论文11篇，国际会议论文3篇，欧洲地球物理学年会（EGU）邀请报告1次，申请发明专利3项，获得软件著作权2项。