广州城区黑碳气溶胶吸光增强特性研究

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黑碳气溶胶作为气溶胶中主要的吸光成分,可以直接吸收太阳短波辐射,加热大气,根据IPCC2013年报告指出,黑碳是影响气候变暖的第三位因素,黑碳在大气中会不断老化,一般分为两个阶段,第一阶段是由链状结构紧密成球状,第二阶段会在球状的外表面包裹上有机和无机外壳,产生透镜效应,增强黑碳的吸光性,对气候变化和环境产生重大影响。但目前对黑碳辐射贡献的估算仍存在较大的不确定性,一个重要的原因是因为黑碳颗粒老化导致吸光增强的观测较少,并且之前传统的观测方法存在局限性,不能实现长期观测,或者可实现长期观测但是时间分辨率不高,造成对其认知仍存在局限性。本研究运用最小相关系数法(MRS),使用元素碳(EC)作为示踪物,得到一次排放的黑碳的质量吸光效率(MAEp),结合黑碳仪(AE33)及有机碳/元素碳分析仪(ECOC)获得实测的质量吸光效率(MAEt),进而通过MAEt/MAEp的比值得出黑碳吸光增强(Eabs520)。采样站点位于广州城区暨南大学大气超级监测站,采样时间涵盖2017年7月-2019年3月中的4个时段,可分为两个干季和两个湿季:干季1(2017年11月15日-2018年1月5日)和干季2(2019年1月26日-2019年3月31日)以及湿季1(2017年7月31日-2017年9月10日)和湿季2(2018年5月1日-2018年7月31日),4个干、湿季的月份并不相同,导致其情况有略微的不同,具有对比价值,总时间段涵盖了12个不同月份,具有较好代表性。通过这些时段的数据对广州市城区的黑碳气溶胶及其光学特征进行分析;EC在两个干季的平均浓度(2.37±1.7μg C m-3)高于两个湿季的平均浓度(1.69±0.84μg C m-3),OC在两个干季的平均浓度(6.25±4.56μg C m-3)同样高于湿季的平均浓度(3.53±2.04μg C m-3),而通过最小相关系数法(MRS)计算的黑碳520nm波段的一次质量吸收率MAEp显出强烈的季节性变化,干季1:(8.6 m2g-1)、湿季1:(16.6 m2g-1)、干季2:(26.9 m2g-1)、湿季2:(19.5 m2g-1),Eabs520在两个湿季都高于干季,干季1:(1.28±0.2)、湿季1:(1.50±0.49)、干季2:(1.26±0.34)、湿季2:(1.63±0.55),波长指数(AAE470-660)在干季高于湿季,干季1:(1.43±0.12)、湿季1:(1.34±0.05)、干季2:(1.39±0.12)、湿季2:(1.31±0.08),推测是由于干季的生物质燃烧(BB)较强,生物质燃烧较比于化石燃料燃烧,燃烧的不够充分,会产生更多的碳质气溶胶和污染物质,会使刚排放出来的黑碳颗粒外面包裹上有机物和无机物的外壳,影响了黑碳的光学性质导致了这一现象。分析发现AE33为订正气溶胶的“负载效应”而输出的气溶胶负载补偿参数k3值与AAE470-660和Eabs520的日变化在湿季相关性较好,而在干季没有明显的相关性,可能与生物质燃烧的影响有关;探讨了O3、NO2和SOC/OC对Eabs520的影响,表明了二次过程对Eabs520有一定的影响并且SOC/OC与Eabs520的相关性在干季高于湿季,但无论在干湿季Eabs520与SOC/OC均有强烈依赖关系,并发现温度对Eabs520存在一定的影响。风场及后向轨迹的分析表明,污染气团随着传输过程不断老化,黑碳的吸光能力得到加强。
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