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丁爱军教授课题组在黑碳气溶胶-大气边界层相互作用研究方面取得新进展
阅读:533次 发布时间:2018-04-02 10:25

近日,大气科学学院丁爱军教授课题组在黑碳气溶胶-大气边界层相互作用研究方面取得新进展,成果以“Dome effect of black carbon and its key influencing factors: a one dimensional modelling study”为题发表在欧洲地球科学联合会(EGU)著名期刊《Atmospheric Chemistry and Physics》(影响因子5.318)上,论文第一作者王子麟为2017级直博研究生,通讯作者为黄昕副教授。

大气中的颗粒物(又称气溶胶)可以通过其辐射效应影响大气边界层的发展从而导致空气污染与大气边界层的双向反馈。丁爱军教授课题组前期研究发现黑碳气溶胶在该过程中扮演着至关重要的角色,可以显著加剧超大城市PM2.5污染,并将该过程定义为黑碳气溶胶的“穹顶效应”,相关成果于2016年在美国地球物理学会研究快报《Geophys. Res. Lett. 》发表并随即在国际上取得重要反响,被美国双周刊科学新闻杂志《Science News》撰文报道,成为ESI高被引论文和热点论文。2017届本科毕业生王子麟同学在黄昕副教授和丁爱军教授共同指导下围绕该问题继续开展研究,基于单柱大气化学模式WRF-Chem SCM定量研究影响黑碳气溶胶“穹顶效应”的关键因子(如黑碳的垂直分布、黑碳的老化以及下垫面的性质等),顺利完成本科毕业论文并将相关成果整理发表在《Atmospheric Chemistry and Physics》上。

研究发现位于大气边界层上部(600-1200米高度)的黑碳气溶胶具有更强的“穹顶效应”(即抑制边界层发展的作用),一方面高层气溶胶短波辐射加热效率更高,另一方面位于大气边界层上部的气溶胶的加热更容易导致大气边界层顶部热力层结的变化从而抑制边界层的发展,让地表排放的污染物在更低的边界层内混合从而加剧地表污染;研究同时发现黑碳气溶胶的“老化”(即具有散射特性的二次气溶胶在黑碳表面的凝结混合)可以放大黑碳的吸收截面和吸收特性,显著增强黑碳气溶胶的穹顶效应;此外,针对城市和乡村不同下垫面的对比研究发现,以耕作农田和植被为主的农村下垫面相比于城市地表反照率高、土壤湿度和热容量大,黑碳的“穹顶效应”也更为显著。研究最后指出:综合考虑黑碳气溶胶“穹顶效应”对空气质量的影响应该制定城乡和区域协同的控制对策,有针对性地控制可以导致黑碳长距离输送的高架源和农村生活源中的黑碳排放才能更为有效缓解区域重霾污染事件。

该项研究成果由国家自然科学基金“ 中国大气复合污染的成因与应对机制的基础研究 ”重大研究计划重点项目、国家杰出青年基金项目、国家重点研发计划“大气污染成因与控制技术研究”重点专项、江苏省协同创新中心等资助。第一作者王子麟同学受南京大学校长特别奖学金资助。


1 不同高度和浓度条件下黑碳气溶胶对大气边界层高度和湍流交换系数的定量影响

 

2 重污染及清洁时期黑碳气溶胶在不同波段的吸收系数及加热率对比

 

 

文章链接及相关文献:

Wang, Z., Huang, X., and Ding, A.: Dome effect of black carbon and its key influencing factors: a one-dimensional modelling study, Atmospheric Chemistry and Physics, 18, 2821-2834, 10.5194/acp-18-2821-2018, 2018.

Ding, A. J., Huang, X., et al., Enhanced haze pollution by black carbon in megacities in China, Geophysical Research Letters, 43, 2873-2879, 10.1002/2016gl067745, 2016.

Sumner, T., Dome effect leaves Chinese megacities uncer thick haze – Soot traps pollution and worsens air quality, ScienceNews, April 5, 2016.