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王体健教授课题组在长三角城市气溶胶光学特性、物理特性及其直接辐射强迫研究方面取得
阅读:595次 发布时间:2018-04-04 09:54

 

南京大学大气科学学院王体健教授课题组与中国气象科学研究院张小曳研究员课题组在长三角气溶胶的观测研究方面取得了进展。研究结果以“The optical properties, physical properties and direct radiative forcing of urban columnar aerosols in the Yangtze River Delta, China”为题发表在《Atmos. Chem. Phys.》上,第一/通讯作者为庄炳亮副教授,王体健教授为共同通讯作者。

气溶胶是悬浮在气体中的固体和(或)液体颗粒与气体载体组成的多相体系。大气中的气溶胶粒子主要来自人为、自然过程的直接排放以及在大气中的化学转化,其种类多样、成分复杂且空间分布不均匀。气溶胶对空气质量、人体健康和区域/全球气候变化均有重要影响。IPCC评估报告指出,数值模式中关于气溶胶辐射强迫的估算还存在较大的不确定性,其主要归因于模式对气溶胶光学特性的描述本身还存在较大的偏差,这些偏差主要来源于污染物排放清单的不确定性、来源于对气溶胶的粒径谱、垂直廓线、混合方式等的认识不够。

因此,本研究利用全自动太阳光度计CE-318,在我校鼓楼校区“南京大学城市大气环境观测站”,针对城市地区整层大气的气溶胶开展了为期4年左右(20114~20142月)的观测研究。首先,揭示了长三角典型城市地区分模态、分组分气溶胶的光学特性和物理特性,以及主要的混合;其次,并进一步结合卫星反演的气溶胶垂直廓线和地表反照率估算了各类气溶胶的直接辐射强迫。研究结果不仅有助于我们对长三角城市气溶胶的基本特性有了进一步认识,还可利用其修正数值模式,提高气候、空气质量模式在本地区的模拟和预报精度;此外,在减少辐射强迫估算值的不确定性上具有一定的贡献。

在观测时段内,长三角城市地区550 nm上气溶胶总光学厚度(AOD)平均为0.65,在全国范围内处在中等水平,总体而言主要由散射气溶胶组成(占93.8%)。虽然地处我国东部,长三角地区亦可受到北方及西北地区沙尘暴天气的影响,导致春季具有较高的AOD,并使得粗模态气溶胶AOD占比超过20%。在不同模态内,气溶胶的组成具有明显的差异,吸收性气溶胶在细模态气溶胶中仅占4.6%左右,而在粗模态中占比超过了15%,由此也导致粗模态气溶胶较之细模态的具有更强的吸收太阳辐射的能力(更小的单次散射反照率SSA)。对比分析不同波长上气溶胶各类光学特征参数(包括AODSSA,波长指数)发现:观测期间长三角城市气溶胶中有15%的时段是以沙尘为主的混合,有27.5%的时段是以黑碳为主的混合。气溶胶光学厚度具有明显的季节变化,尤其是分模态后的AOD,细颗粒的最高出现在夏季,粗颗粒的则出现在春季。长三角地区气溶胶粒径谱具有典型的双峰分布,细模态的峰值半径出现在0.148 μm,粗模态的则出现在2.94 μm,其同样具有显著的季节变化,观测期间内春季粗粒子浓度高于细粒子,夏季相反。在不同的污染水平下,粒径谱中的细粒子部分峰值半径随着AOD的增加而向右移动,同时观测还发现粗细粒子均(分别)能造成长三角地区的重霾污染。基于观测的气溶胶光学特性和地表反照率,利用辐射传输模式计算得到长三角城市地区分模态、分组分气溶胶的直接辐射强迫。总体而言,该地区气溶胶能够减少大气顶和地表净的太阳短波辐射通量,尤其是细粒子部分,在大气顶可产生-11.17 W/m2的辐射强迫,其值要比粗粒子的高30倍左右。与光学厚度类似的,散射气溶胶的辐射强迫在粗粒子部分仅占13.3%,而吸收性气溶胶的可超过33%。敏感性试验进一步表明晴空大气条件下,气溶胶的直接辐射强迫对其垂直廓线不敏感。


图、长三角城市地区分模态气溶胶光学厚度(左上)、单次散射反照率和吸收性气溶胶曲率的概率分布(右上)、谱分布特征(左下)和分模态分组分直接辐射强迫(右下)

全文链接:https://www.atmos-chem-phys.net/18/1419/2018/