黑碳气溶胶物理辐射特性及湿沉降的研究

黑碳气溶胶由于对太阳辐射具有强烈的吸收作用，因而会对气候变化产生重要影响。黑碳的浓度、粒子大小分布、混合态、光学特性以及沉降速率是模式定量计算其气候辐射强迫、评估黑碳对气候影响的重要输入参数。然而目前在全球范围内仍缺乏连续、系统的黑碳气溶胶物理光学特性观测，使得黑碳气溶胶对气候影响的研究依然存在较大的不确定性。本项目将采用目前国际最先进的黑碳研究仪器SP2，结合地面其他气溶胶、辐射观测仪器，对城市和郊区背景下黑碳浓度分布、光学特性、混合态等辐射特性参数以及降水对黑碳的清除作用进行研究。SP2主要是利用黑碳粒子本身炽热发光这一特有的理性质来观测、识别大气中的黑碳气溶胶，从而能准确分析黑碳的粒子大小分布、浓度变化、混合态等参数。该仪器的引入和使用，将获得一批最新且具有较高可靠性的黑碳观测数据，为模式计算黑碳气溶胶的气候辐射强迫效应提供准确依据。

本项目经过3年的执行，在项目组成员的努力下，共发表论文5篇，其中SCI论文3篇，完成了预期目标。项目研究首先利用兰州大学半干旱气候与变化观测站（SACOL）、北京、香河、兴隆四个站点的地面观测，分析了这些地区气溶胶光学厚度、Angstrom指数等光学特性参数，验证对比了MODIS和MISR被动卫星在这些地区观测反演气溶胶的可靠性，发现在SACOL 和北京站, MISR 反演的气溶胶光学厚度优于MODIS; 在香河站和兴隆站, MODIS 反演的气溶胶光学厚度优于MISR。总体上, MISR 反演的Angstrom 值与地面观测相对误差为14%, 而MODIS 反演结果的相对误差为30%，同时结合SACOL站的地面辐射通量观测仪器，计算对比了气溶胶的辐射强迫值。其次，利用CALIOP星载主动激光雷达观测，研究了我国北方典型区域气溶胶的消光系数和退偏比垂直廓线的多年季节分布变化，发现在我国西北地区气溶胶能传输到10km以上的高空，退偏比较大以形状不规则的沙尘粒子为主，这些气溶胶粒子在西风作用向下游传输过程中能与黑碳等人为胶发生混合，从而改变气溶胶粒子的特性，到达华北地区时，低层粒子退偏比显著变小。最后结合主动卫星CALIOP和被动卫星MISR观测与ECMWF中心的再分析资料，研究了塔克拉玛干与周边地区气溶胶在春、夏季不同气象场条件和地形作用影响下，三维垂直输过程和分布变化情况。通过该项目的实施，对于SACOL等一些站点和北方区域气溶胶的光学特性参数变化，辐射效应，三维分布与传输有了较为详细的认识。