黑碳气溶胶光学厚度的全球分布及分析_马井会
黑碳气溶胶——精选推荐
⿊碳⽓溶胶⿊碳⽓溶胶⿊碳⽓溶胶是⼤⽓⽓溶胶的重要组成部分，主要是由富含碳的物质不完全燃烧产⽣的，⽐如化⽯原料和⽣物质原料燃烧等。
中⽂名：⿊炭⽓溶胶特点：多孔状⾼温：发⽣氧化性质：吸收光波⽬录1简介2来源及分布来源分布3化学性质4相关影响对⼤⽓环境的影响对⼈体健康的影响5控制⽅法1简介⿊碳⽓溶胶具有较为特殊的物理化学性质。
⿊碳⽓溶胶具有多孔性，粒径约在(0. 01～1) µm。
在化学成分上⾮常接近于⽯墨,，在温度⾼于400 ℃时才可以发⽣氧化。
⿊碳⽓溶胶对可见光和部分红外光谱有很强的吸收能⼒，它在⼤⽓中的各种化学和光化学反应、⾮均相反应以及⽓粒转化过程中起着重要作⽤。
2来源及分布来源⿊碳⽓溶胶来源可分为⾃然源和⼈为源两种。
⽕⼭爆发、森林⼤⽕等⾃然现象可以造成部分⿊碳⽓溶胶排放，但由于此类⾃然现象的发⽣具有⼀定的区域性和偶然性，在区域或全球范围内，其对⼤⽓中⿊碳⽓溶胶浓度的长期背景值变化贡献不⼤，相反，⼈为源排放具有⼴泛性和持续性。
尤其是⾃⼯业⾰命以来，世界⼈⼝数量快速增长，⼈类⼤量使⽤煤、⽯油等化⽯燃料，出于农业⽬的的⽣物焚烧也⼤⼤增加，进⽽造成⿊碳⽓溶胶排放量的持续增加，另外由汽车尾⽓带来的⿊碳⽓溶胶排放也成为⼤⽓中尤其是城市区域⼤⽓中⿊碳⽓溶胶的重要来源。
分布⿊碳⽓溶胶在⼤⽓中浓度较低，在⼤⽓⽓溶胶成分中所占⽐例也⽐较⼩，⼀般占百分之⼏或⼗⼏，在全球的浓度分布也具有明显的差别，⼀般情况下，⿊碳⽓溶胶浓度城市地区⾼于乡村地区，⼤陆区域⾼于海洋区域，北半球⾼于南半球地区。
3化学性质⿊碳⽓溶胶在光学性质上与⽓溶胶的其他组分有很⼤的差别，对从可见光到红外的波长范围内的太阳辐射都有强烈的吸收作⽤，同⼤⽓温室⽓体如CO2、CH4、CFCs等相⽐，⿊碳⽓溶胶具有更宽的吸收波段，另外，同沙尘等相⽐，其质量吸收系数要⼤两个数量级。
⿊碳⽓溶胶颗粒的粒径尺度范围⼀般在0.01~1µm，其粒径中值为0.1~0.2µm，尺度分布主要呈现积聚模态，因此⿊碳⽓溶胶可以作为云凝结核，改变云滴尺度分布、云光学特性和云中液态⽔含量及云量。
黑碳气溶胶及其气候效应
黑碳气溶胶及其气候效应（上海大学环境与化学工程学院，上海200444）摘要：黑碳气溶胶是气溶胶的重要组成部分，因其在大气辐射强迫中的特殊作用与对气候的影响而成为近来关注的热点。
本文简要综述了黑碳气溶胶的研究近况和黑碳气溶胶对气候的影响，归纳了黑碳气溶胶研究的困难并作出展望。
关键词：黑碳气溶胶；辐射强迫；气候影响Black carbon aerosols and its effects on climateMaguowen(School of Environmental and Chemical Engineering, Shanghai University, Shanghai 200444, China)Abstract:black carbon aerosol is an important component of aerosol, due to itsspecial role in atmospheric radiative forcing and impact on the climate,black carbon become the focus of attention of late. This article provides a brief summary of recent research on black carbon aerosols and its impacts on climate, summarized the difficulties and prospects of black carbon aerosol research.Keywords:black carbon aerosol;atmospheric radiative forcing;climate impact1前言黑碳气溶胶(BlackCarbon)是大气气胶中一种重要组成部分,主要是含碳物质不完全燃烧产生的不定型碳质,它在可见到红外波段范围内对太阳辐射均有强烈的吸收,所以习惯上被称为黑碳气溶胶。
瓦里关地区气溶胶光学厚度的观测研究
瓦里关地区气溶胶光学厚度的观测研究吴昊;刘鹏;王剑琼;王宁章;李宝鑫【摘要】文章利用中国大气本底基准观象台(CGAWBO)瓦里关基地2009年9月至2010年8月的CE-318全自动跟踪太阳光度计观测资料,分析了该地区气溶胶光学厚度(AOD)的变化特征和Angstrom指数分布规律.瓦里关AOD具有早晚出现双峰值的日变化规律,季节变化中春季出现最大值,夏天受降水等影响波动较大但平均值最低.春季黑碳气溶胶浓度也出现最高值,表明瓦里关春季受人为排放的影响最明显,瓦里关地区的AOD日变化与能见度的变化相关性较好.【期刊名称】《青海环境》【年(卷),期】2017(027)001【总页数】6页(P39-44)【关键词】瓦里关;AOD;能见度;变化特征【作者】吴昊;刘鹏;王剑琼;王宁章;李宝鑫【作者单位】中国大气本底基准观象台,青海西宁 810001;中国大气本底基准观象台,青海西宁 810001;中国大气本底基准观象台,青海西宁 810001;中国大气本底基准观象台,青海西宁 810001;中国大气本底基准观象台,青海西宁 810001【正文语种】中文【中图分类】X16大气气溶胶通过对太阳辐射的吸收和散射改变地—气系统的能量收支[1]。
气溶胶光学厚度(Aerosol Optical Depth，AOD)是指整层气溶胶的消光系数在垂直方向上的积分，是描述气溶胶对太阳辐射衰减作用的一个重要光学参数。
它可用来推算气溶胶含量，进而评价大气污染程度，以及研究气溶胶气候效应[2]。
大气中各种粒子对可见光的吸收和散射，也会造成能见度的下降。
能见度的器测原理正是将大气消光系数与能见度联系起来，通过计算一定路径上的大气消光系数来确定能见度[3] 。
人们采用不同的方法或手段来研究AOD的时空分布等特征，王跃思等[4]利用CERN太阳分光观测网分析了 2004～2005 年中国典型地区大气气溶胶的光学厚度;刘玉杰等[5]、刘晓云等[6]利用太阳光度计分别对西北地区银川、敦煌沙尘气溶胶的光学厚度进行反演和研究;Xin[7]等研究了Angstrom 波长指数等光学特性及其时空分布状况;Fan等[8]利用 AERONET(美国国家宇航局(NASA)在全球建立的气溶胶观测网络，主要是利用CE-318太阳光度计在全球范围内获取具有区域代表性的气溶胶光学特性参数)分析了北京地区气溶胶光学厚度和波长指数的季节变化;杨琨等[9]研究了1999～2003年我国气溶胶光学厚度的变化特征；Eck等[10]利用多年 AERONET 观测数据研究了亚洲东部的中国、蒙古、韩国等地区气溶胶光学特性及时空分布特征。
青藏高原黑碳气溶胶传输及沉降的季节特征模拟分析
青藏高原黑碳气溶胶传输及沉降的季节特征模拟分析韩永翔;孙海波;刘建慧;赵天良;S.L.Gong【摘要】根据全球气溶胶气候模式GEM-AQ/EC的1995～2004年模拟，分析了青藏高原大气黑碳气溶胶的来源、传输及沉降季节特征。
研究表明：青藏高原黑碳气溶胶主要来自自由对流层和大气边界层的输送。
相对于自由对流层的黑碳输送，紧邻青藏高原的南亚、东亚以及东南亚大气边界层的输送更有效，它形成了青藏高原由北向南、自西往东黑碳气溶胶浓度和沉降明显递增的基本分布形态。
横跨欧亚大陆自由对流层的黑碳气溶胶由西向东向青藏高原的输送全年不变，夏季输送路径最北但强度最弱，冬季路径最南而强度最强。
大气边界层黑碳气溶胶的输送受控于亚洲季风环流变化，来自南亚的黑碳气溶胶在春季越过孟加拉湾传输进入高原东南部，夏季则可翻越喜马拉雅山抵达青藏高原南部腹地；同时我国中部排放的黑碳气溶胶也在东亚夏季风向北扩展中驱动它从东向西往青藏高原东北部传输。
从秋季到冬季，随着夏季风撤退，南亚黑碳源区向青藏高原传输衰退，东亚冬季风的反气旋性环流的南侧及西南侧的偏东风携带秋季我国东南部源区和冬季东南亚源区黑碳气溶胶向青藏高原东南部传输。
受青藏高原明显的暖湿季和干冷季气候影响，干湿沉降分别主导了青藏高原冬季和夏季黑碳沉降，夏季青藏高原黑碳气溶胶沉降总量大多超过8～10 kg·km-2，在高原东北部的最高值超过40 kg·km-2。
冬季青藏高原黑碳气溶胶沉降量最低，大部地区黑碳沉降低于5 kg·km-2。
青藏高原黑碳沉降的冬夏季节相差约为2～8倍。
%Based on simulation of aerosal in 10 years during 1995 -2004 with a global aerosol climate model system GEM-AQ/EC, the seasonal features of transport and depositions of black carbon (BC)aerosol over the Tibetan Plateau (TP)are characterized.The BC-aerosols over the TP were transported in the free troposphere and within theboundary layer,and the BC-transport to the TP was more efficient within the boundary layer from the South,East and Southeast Asian source regions near to the TP,which contributed to the TP-distributions of BC concentrations and depositions with the increasing gradients from west (north)to east (south).The BC-transport across Eurasian continent in the free troposphere with unchanged direction from west to east varied from the weak fluxes with the northward pathway in summer to the strong fluxes with the southward pathway in erned by the Asian monsoon circula-tions,the BC-transport to the TP within the boundary layer had the more significant seasonality.The BC-transport from South Asia crossing the Bay of Bengal reached the southeast TP in spring and climbing over the Himalayas entered the interior of south TP in sum-mer.The northward expanded summer monsoon flows in China drove the BC-transport from the central China to northwest TP.Ac-companied with the withdrawing of summer monsoon and development of winter monsoon in autumn and winter in South and East Asia, the BC transport from South Asian source to the TP declined,and the east winds on the south and southwest sides of anticyclone circu-lation in East Asia forced BC-transport from southeast China in autumn and from the southeast Asian sources in winter to the southeast TP.Controlled by the seasonal shift from warm and wet to cold and dry climate over the TP,wet and dry BC-depositions dominated the total BC depositions over the TP in summer and winter,respectively.Over the large TP areas,the total BC-depositions in summer exceeded 8-10 kg/km2 and the maximum value was more than 40kg/km2 in the northeast part,while the total BC-depositions in winter dropped to less than 5 kg/km2 .The total BC-depositions over the TP fluctuated seasonally with 2-8 times between the maxi-mum in summerthe minimum in winter.【期刊名称】《干旱气象》【年(卷),期】2014(000)003【总页数】7页(P319-325)【关键词】黑碳气溶胶;青藏高原;气溶胶传输;干湿沉降;GEM-AQ/EC【作者】韩永翔;孙海波;刘建慧;赵天良;S.L.Gong【作者单位】南京信息工程大学，大气物理学院，江苏南京 210044;南京信息工程大学，大气物理学院，江苏南京 210044;南京信息工程大学，大气物理学院，江苏南京 210044;南京信息工程大学，大气物理学院，江苏南京 210044;Air Quality Research Division，Science &Technology Branch，Environment Canada，Ontario，Toronto，Canada【正文语种】中文【中图分类】P435引言作为“世界屋脊”的青藏高原平均海拔在4 000 m以上，面积约250万km2，被誉为地球的“第三极”［1］和“世界水塔”［2］。
北京市残留层黑碳气溶胶混合状态和光学特性分析
北京市残留层黑碳气溶胶混合状态和光学特性分析北京市残留层黑碳气溶胶混合状态和光学特性分析近年来，随着工业化和城市化的快速发展，我国许多大城市遭受严重的空气污染问题。
其中，黑碳气溶胶是重要的污染成分之一，对人体健康和气候变化都有重要影响。
北京作为中国首都和人口众多的城市，黑碳气溶胶的状况尤为引人关注。
了解北京市残留层黑碳气溶胶的混合状态和光学特性对于精确评估其影响及采取相应的污染治理措施具有重要意义。
残留层黑碳气溶胶是指存在于大气中的碳制品，包括烟尘、废气排放和燃煤等活动所释放的颗粒物。
这些气溶胶颗粒的大小通常小于2.5微米，具有很高的吸相态与光学吸收特性。
因此，研究黑碳气溶胶的混合状态对于了解其对大气的光学效应具有重要意义。
在北京市进行的一项研究中，科学家使用了传统的采样器和质谱仪等仪器来收集和分析大气中的气溶胶样品。
研究结果显示，北京市残留层黑碳气溶胶主要来源于交通运输和工业排放。
其中，汽车尾气是最主要的黑碳排放源。
此外，燃煤和工业废气也对残留层黑碳气溶胶的浓度和组成产生重要影响。
随后，科学家对北京市残留层黑碳气溶胶的光学特性进行了分析。
利用光学仪器，他们测量了黑碳气溶胶的吸光度和散射特性。
结果显示，黑碳气溶胶表现出较高的吸光度和散射效应，这使其成为大气中的重要光学吸收物质。
而且，黑碳气溶胶的光学特性还受到颗粒物的大小和形状等因素的影响。
此外，研究人员还研究了残留层黑碳气溶胶的混合状态。
他们发现，黑碳气溶胶与其他气溶胶成分（如硝酸盐和硫酸盐）之间存在复杂的相互作用。
这些气溶胶物质在大气中混合形成复杂的结构，并且各自的光学特性也会发生改变。
综上所述，北京市残留层黑碳气溶胶的混合状态和光学特性对于了解其在大气中的行为和影响具有重要意义。
通过对黑碳气溶胶来源和组成的认知，我们可以更好地掌握其在大气中的变化趋势和分布特点，为制定有效的空气污染治理策略提供科学依据。
同时，对残留层黑碳气溶胶混合状态和光学特性的深入研究，还可以为理解气溶胶对气候变化的贡献提供重要参考综合以上研究结果，可以得出结论：北京市残留层黑碳气溶胶主要来源于交通运输和工业排放，其中汽车尾气是最主要的黑碳排放源。
1981—2003年我国气溶胶光学厚度的变化特征的开题报告
1981—2003年我国气溶胶光学厚度的变化特征的开题报告
1. 研究背景
气溶胶是指在大气中悬浮的微小颗粒物质，对大气环境和全球气候系统起着重要的作用。
其中，气溶胶光学厚度是描述大气中气溶胶浓度的一个指标，可以通过遥感技术
获取。
随着人类活动的增加以及大气环境的变化，气溶胶光学厚度可能出现一些变化，对大气环境和全球气候系统产生影响。
因此，研究我国气溶胶光学厚度的变化特征具
有重要的意义。
2. 研究目的
本文旨在通过对我国1981—2003年的气溶胶光学厚度数据进行分析，研究我国气溶
胶光学厚度的变化特征，并探讨其影响因素，为大气环境与气候变化研究提供参考。
3. 研究内容
本文将主要从以下几个方面进行研究：
（1）收集我国不同地区1981—2003年的气溶胶光学厚度数据，分析气溶胶光学厚度的时空分布特征。
（2）按照不同的时间段和地区，分析气溶胶光学厚度的变化特征。
（3）探讨影响我国气溶胶光学厚度变化的因素，包括自然因素和人为因素。
（4）结合气象数据和区域气候特征，分析气溶胶光学厚度变化对大气环境和气候系统的影响。
4. 研究方法
本文将采用文献资料法和数据分析法进行研究。
文献资料法将用于收集和整理相关的
研究论文和数据，数据分析法将用于对收集的数据进行统计分析和绘图展示。
5. 预期成果
研究结果将得出我国气溶胶光学厚度变化的特征和影响因素，从而为大气环境和气候
变化研究提供参考。
北疆地区气溶胶光学厚度的时空特征
北疆地区气溶胶光学厚度的时空特征黄观;刘志红;刘伟;张洋;展鹏【摘要】利用多种分辨率的MODIS气溶胶产品，分析2000—2013年间北疆地区气溶胶光学厚度（ AOD）的时空分布和变化特征，并结合对应能见度资料，对两者的相关性进行分析。
结果表明，空间上，区域内近14 a平均AOD大体呈现中心高、边缘低的分布格局；高值区内地级城市年均AOD为0�335，是对应北疆地区均值的1�33倍，其中奎屯市AOD最高；次高值区内地级城市年均AOD 为0�202，是对应北疆地区均值的0�80倍，其中塔城市AOD最低；低值区内无地级城市。
时间上，近14 a北疆年均AOD值在0�221～0�283之间变化，2003年最高，2005年最低；AOD值春季最大，秋季最小，全区四季AOD多年变化均呈下降趋势，冬季下降幅度最大；近14 a月平均AOD值在0�186～0�395之间变化，最高值出现在2月，最低值出现在10月；塔城和阿勒泰的月均AOD与能见度之间呈显著负相关（ P＜0�05），而乌鲁木齐和石河子的月均AOD与能见度之间呈显著正相关（ P＜0�05）。
%Spatio⁃temporal distribution and variation of the aerosol optical depth ( AOD) in North Xinjiang in 2000-2013 was analyzed using MODIS aerosol products various in resolution, and compared with the corresponding visibility dataa⁃vailable for correlation analysis. Results show that spatially the mean AOD of the area in the past 14 years was high in the centre and low along the rim;the annual mean AOD of prefecture⁃level cities in the high⁃value region was 0�335, about 1�33 times as high as that of North Xinjiang, and was the highest in Kuitun;the annual mean AOD of prefecture⁃level cit⁃ies in the sub⁃high value region was 0�202, about 0�80 times as highas that of North Xinjiang and was the lowest in Tacheng;and there was no prefecture⁃level city in the low value region. Temporally, the annual mean AOD of North Xin⁃jiang varied between 0�221 and 0�283 in the past 14 years, peaking in 2003 and bottoming in 2005;Within a year, AOD was the highest in spring and the lowest in autumn. For years, AODs in all the four seasons displayed a declining trend, and the drop in winter was the most significant;the monthly mean AOD of North Xinjiang varied between0�186 and 0�395 in the past 14 years, peaking in February and bottoming in October. A significantly negative relationship was observed be⁃tween monthly mean AOD and monthly mean visibility in Tacheng and Altay ( P<0�05) , while a reverse one was between the two in Urumqi and Shihezi ( P<0�05) .【期刊名称】《生态与农村环境学报》【年(卷),期】2015(000)003【总页数】7页(P286-292)【关键词】MODIS;气溶胶光学厚度;时空变化;能见度;北疆地区【作者】黄观;刘志红;刘伟;张洋;展鹏【作者单位】成都信息工程大学资源环境学院，四川成都 610225;成都信息工程大学资源环境学院，四川成都 610225;成都信息工程大学资源环境学院，四川成都 610225;成都信息工程大学资源环境学院，四川成都 610225;成都信息工程大学资源环境学院，四川成都 610225【正文语种】中文【中图分类】X513;X4大气污染是大多数发展中国家在工业化过程中面临的一个普遍难题，随着中国经济的快速发展，中国的大气污染情况日趋严重，其影响范围之大，污染程度之重，在世界范围内都是少见的［1］。
大气黑碳与气溶胶特性的相关性分析
大气黑碳与气溶胶特性的相关性分析近年来，随着全球气候变化问题日益凸显，对大气污染物的研究变得愈发重要。
其中，大气黑碳和气溶胶两者的相互关系备受科学界的关注。
本文将就大气黑碳与气溶胶特性之间的相关性进行分析。
首先，我们来了解一下大气黑碳和气溶胶的定义及特性。
大气黑碳是指一种细小而具有吸光性质的颗粒物质，主要由燃烧过程中生成的不完全燃烧产物所组成。
而气溶胶则是悬浮在空气中的微小颗粒物，通常由固体或液体颗粒组成。
气溶胶的成分及来源多种多样，包括尘土、海盐、有机物以及气候变化中的影响因素等。
大气黑碳和气溶胶之间的关系可以从多个方面进行分析。
首先，它们在大气中的输送情况存在一定的相互作用。
大气黑碳能够吸附在气溶胶表面，从而影响气溶胶的物理和化学特性。
此外，气溶胶中的一些成分也会在大气黑碳的存在下发生变化，进而影响到气溶胶的形成和组成。
因此，了解大气黑碳和气溶胶之间的相互关系对于准确评估大气污染及气候变化的影响具有重要意义。
其次，大气黑碳和气溶胶对气候变化的效应存在一定的相关性。
大气黑碳具有强烈的吸光特性，能够吸收太阳辐射并转化为热能，从而影响地球能量平衡。
而气溶胶则对太阳辐射的反射和散射起到重要作用，影响大气中的辐射传输过程。
因此，大气黑碳和气溶胶的同时存在会增加大气中的吸收和散射作用，从而对气候变化产生一定的影响。
此外，大气黑碳和气溶胶还对空气质量和健康产生一定的影响。
大气黑碳作为一种颗粒物质，能够对空气质量产生直接影响，引发或加剧雾霾等污染现象。
而气溶胶中的一些成分和粒径分布也与空气质量密切相关。
因此，深入了解大气黑碳和气溶胶的相关特性，有助于制定和改进空气质量监测和管理措施，保护人民的健康。
最后，需要指出的是，大气黑碳和气溶胶的相关性研究仍然面临一些挑战和不确定性。
首先，气溶胶的来源众多且复杂，其中大气黑碳的贡献相对较小，难以准确把握。
其次，大气黑碳和气溶胶的时空分布存在一定的不均匀性，需要更多的观测数据和模型研究来揭示其分布规律。
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5期
马井会等 :黑碳气溶胶光学厚度的全球分布及分析
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图 1 黑碳气溶胶光学厚度 (λ= 01 55μm) 全球分布图 : (a) 冬季 ; (b) 夏季 Fig. 1 The optical dept h (λ= 01 55μm) global dist ribution of black carbon aero sol for winter (a) and summer ( b)
2 结果与分析
理论上认为波长在 01 55μm 处的光学厚度能够代表气溶胶在整个短波谱段的消光的平均状况 ,本文计 算了 01 55μm 处黑碳气溶胶的光学厚度 。 2. 1 黑碳气溶胶光学厚度分布特征及其原因分析 2. 1. 1 黑碳气溶胶光学厚度及质量浓度全球分布特征
图 1 给出 01 55μm 黑碳气溶胶光学厚度在冬 (1 月) 夏 (7 月) 两季的全球分布情况 。可以看出 :黑碳气 溶胶光学厚度分布具有明显的季节和地理差异 。黑碳气溶胶光学厚度陆地大于海洋 ,北半球大于南半球 ,北 半球中高纬地区大于低纬度地区 ,冬季大于夏季 。表 1 给出了南北半球及全球黑碳气溶胶在冬夏两季平均 光学厚度 。黑碳气溶胶光学厚度平均值北半球比南半球大一个量级 ,北半球冬季比夏季大 ;而南半球则相 反 ,全球冬季比夏季大 ,这主要是冬季取暖等燃料消耗增多而引起的 。黑碳气溶胶光学厚度的在冬季的地理 分布特性 (以表 2 为例) ,大值区位于人类活动密集的工业发达地区 ,其中西欧 、东亚 、北美 、中东地区都是黑 碳气溶胶光学厚度大值区 ,说明人类对黑碳气溶胶光学厚度的分布会产生较大的影响 ,是使黑碳气溶胶光学 厚度增加的主要因素 ,另外 ,值得注意的是南亚地区黑碳气溶胶的光学厚度也比较大 ,这大概与秸秆的燃烧 以及交通工具的使用有很大的关系 。
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气 象 科 学 27 卷
国和日本的东京地区) ,中国大地区大气边界层黑碳气溶胶浓度最高值位于华北 、华东 ,浓度随季节变化 ,冬 季黑碳浓度高 ,夏季低 ,冬季黑碳浓度高值区位于江苏省 。另外 ,在东亚的东海近海海域和整个黄渤海海域 及日本海海域光学厚度都比较大 (表 4) ,这主要是由于处于东亚下风方黑碳气溶胶间隙性长距离输送造成 的 。其中 ,渤海海域无论冬季和夏季光学厚度都最大 ,跟它 3 面都被陆地包围有关 。可见 ,高浓度分布不一 定对应高的光学厚度分布 ,冬季气溶胶光学厚度最大值地区与质量浓度的最大值地区不一致 (如表 2 所示) , 而夏季这两者却是一致的 (见表 3) 。以冬季为例 ,最大值 01 027 5 出现在东亚的中国境内 ,而质量浓度的最 大值 11 555μg ·m23 却出现在西欧 ,这主要是由于黑碳气溶胶的光学特性在这两个地区不一致造成的 。详见 下节的分析 。
关键词 黑碳气溶胶 光学厚度 复折射指数 光学参数 分类号 P4211 1 文献标识码 A
引 言
目前科学界十分关注黑碳气溶胶的气候效应 ,定量评价黑碳气溶胶在全球辐射强迫 、气候效应和气候变 化中的作用时 ,需要知道不同地区黑碳气溶胶排放的可靠数据 。气溶胶光学厚度作为气溶胶最基本的光学 特性 ,是研究气溶胶作用的基础[122 ] 。
1 数据和模式简介
全球 气 溶 胶 数 据 集 GADS ( Glo bal Aero sol Data Set ) 是 由 P Koep ke M Hess 等 人 研 发 的 , 是 对
收稿日期 :2005210222 ;修改稿日期 :2006206215 基金项目 :国家重点基础研究发展计划 (编号 :2006CB403707) 和中国气象局气溶胶项目联合资助 第一作者简介 :马井会 (19802) ,女 ,辽宁建平 ,硕士 ,主要从事气溶胶辐射强迫等研究 , E2mail :oliveflower1223 @so hu. co m
图 2 是黑碳气溶胶质量浓度冬夏 (对北半球而言 ,下同) 两季全球分布图 ,黑碳气溶胶质量浓度具有季节 差异和地理差异 。陆地高于海洋 ,具有比较明显的海陆差异 ,北半球高于南半球 。冬季北极地区值较高是由 地处中纬的西欧 、北美等城市和工业区排放的污染物向极地输送 、转化和积累造成的 ,冬季日光不足和极锋 南移对其维持也起了重要作用 。浓度最大值冬季高于夏季 (表 2 、表 3) ,与冬季北半球取暖燃料使用量增加 有密切关系 。冬季最大值 11 555μg ·m23 位于西欧 ,夏季最大值 11 244 μg ·m23 同样也位于西欧 。可见西欧 是世界上黑碳气溶胶浓度最大的地区 ,与其工业发达 、汽车多 、人口密集有密切关系 。有研究表明 ,汽车尾气 带来的黑碳气溶胶排放是大气中尤其是城市区域大气中黑碳气溶胶的重要来源[18] 。就东亚而言 (图 2) ,黑 碳气溶胶质量浓度大的区域主要位于大城市和重工业区周围 (如中国的中部 、东部 、华北和东北地区以及韩Fra bibliotek550
气 象 科 学 27 卷
dπAlmeida 等人创立的气溶胶气候学的修正版 ,主要用于气候理论和应用的研究[11] 。数据集中根据气溶胶 的时空分布采用混合比的方法描述气溶胶性质 ,使用 5 °×5 °经纬网格 ,是全球模式 ,它按照粒子的尺度分布 和折射指数随波长的变化规律将气溶胶分为 10 种类型 ,这 10 种类型的气溶胶分别是不同物质的混合物 ,包 括内部混合和外部混合 。每种气溶胶成分的光学特性是基于 Mie 散射理论 ,并假设气溶胶粒子是球形粒 子 。这些数据可以按照不同季节 (包括冬夏两季) 、不同相对湿度 、不同波长 (23 波段) 和不同类型气溶胶分 别处理 。本文着重研究黑碳气溶胶的光学厚度分布 。GADS 的数据利用了不同地区的地基探测资料 、卫星 资料和直接的气溶胶辐射观测资料的同化 ,可以代表大气的一般情况 。实际大气中 ,气溶胶粒子的形状很不 规则 ,谱分布也十分复杂 。本文假定黑碳气溶胶粒子的形状为球形 ,谱分布为对数正态分布 。因为对数正态 分布主要针对产生机制相同的气溶胶粒子 ,它最适用于对这类气溶胶的成分 、类型和时空变化进行描述 。由 于气溶胶粒子中尺度较小的粒子相对集中 ,采用对数坐标较为方便 ,因此 ,该分布函数曾为气溶胶和其气候 效应专家委员会推荐[12 ] 。
地区
东亚 30°N 115°E
西欧 50°N 30°E
北美 45°N 80°W
南美 25°S 50°E
南非 25°S 30°E
中东 40°N 70°E
北极 90°N
AOD 质量浓度 (μg / m3)
21 75 ×1022 11 350
21 55 ×1022 11 555
11 47 ×1022 01 897
就中国地区而言 ,从图 1 可以看出 ,黑碳气溶胶光学厚度大值区出现在海拔较低 、人口相对密集 、工业相 对发达的华北 、华东 、华南以及东北地区 ,而人口稀少的西北地区黑碳气溶胶光学厚度值很小 ,这与近年来中 国科研工作者得出的结论有很好的一致性[13217] 。由图 1 可以看出 ,光学厚度的分布强烈地受到地形的影响 , 大值区分布在低海拔地区 。人口 、工业密集地区的周边地区 ,其光学厚度也明显偏大 ,而且影响范围很广 ,尤 其是东亚和北美地区 ,东亚地区的黑碳气溶胶在冬季 (图 1a) 盛行西风的作用下 ,可以对几千公里以外的海 洋产生影响 ,夏季由于环流的调整 ,其影响范围有所减小 (图 1b) 。值得注意的是 ,夏季南非和南美洲地区的 光学厚度值增大 ,范围扩大 ,其原因为南半球冬季 ,取暖所消耗的碳质燃料增加引起大气中黑碳气溶胶浓度 增加 ,这也验证了人为活动是黑碳气溶胶的主要来源之一 。
全球仍缺少广泛 、长期的黑碳气溶胶浓度观测 ,有关黑碳气溶胶光学性质的参数 、尺度分布 、垂直分布及 与硫酸盐等其他气溶胶混合方式的实验结果更是缺乏 ,不能为模式提供大量准确的实验数据基础 ,这也是造 成全球辐射模式模拟结果还有很大不确定性的重要原因[9] 。黑碳气溶胶对环境与气候变化的影响的研究在 很大程度上依赖于对其时空分布状况的了解和光学特性 (光学厚度 、相函数 、对称度因子 、单散射反射率 、消 光系数等) 的准确估计[10] 。有关黑碳气溶胶的光学特性研究是目前国内外研究的难点和热点 ,不同区域的 气溶胶的光学特征可能存在很大差别 ,国内还没有用全球气溶胶数据 ( GADS) 详细研究黑碳气溶胶的光学 和辐射特性等方面的工作 ,本文应用 GADS ( Glo bal Aero sol Data Set) 中的黑碳气溶胶资料 ,模拟了冬夏两 季黑碳气溶胶光学厚度全球分布 ,分析了造成这种分布的原因 。
AOD
31 24 ×1023 11 37 ×1023
11 37 ×1024 31 14 ×1024
11 67 ×1023 81 49 ×1024
表 2 冬季不同地区黑碳气溶胶光学厚度最大值及对应地区的质量浓度值 Table 2 The maximum value of optical dept h and t he corresponding mass concentration of black carbon aerosol in different region for winter
第 27 卷 第 5 期 2007 年 10 月