典型城市和乡村大气黑碳气溶胶的质量吸收截面和吸光增强效应
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。
中国和印度的黑碳气溶胶的气候效应
中国和印度的黑碳气溶胶的气候效应Science 2002 Vol 297 Surabi Menon等中国和印度黑碳气溶胶的气候效应最近几十年，有一种趋势，在中国南方洪水灾害增加而北方干旱增加。
并且中国和印度在世界正在变暖的时候正在缓慢降温。
我们使用了一个全球气候模型发现这些趋势可能是气溶胶的贡献。
我们发现如果大气气溶胶中包换了大量吸收性的黑碳，那么降雨和温度在模型中的变化能够和那些观察到的结果作比较，同观测到的结果有一致性。
吸收性的气溶胶加热空气，改变区域大气稳定和垂直运动，并且影响有显著区域气候效应的大尺度的环流和水文循环。
中国正在遭受日益增长的沙尘暴威胁，一般归结于土地开垦、过度放牧和森林破坏。
从北部中国来的漂浮的灰尘吸附着有毒的污染物，关系到中国、日本、韩国的公共健康，甚至部分气溶胶到达了美国。
最近这些灰尘导致中国官方考虑花费数百万人民币在下一个十年中增加森林和绿化带来抵抗沙尘暴。
这些措施也许会有部分效果。
但是，我们认为观测到的增加的南方洪水和北部干旱的趋势，自从950A.D开似乎的降雨改变，也许有另一个不同寻常的解释:人为造成的吸收性气溶胶改变了区域大气循环并增加了气候改变。
如果我们的解释是正确的，减少人为产生的黑碳气溶胶，不仅能让人类健康受益，还能减少洪水和干旱以及沙尘暴的威胁。
相似的情况也可以推理到印度和相邻区域例如阿富汗，它们也有类似的问题。
大气气溶胶，是细小的空气颗粒悬浮物，主要包括硫酸盐、硝酸盐、炭质(有机碳和黑碳)微粒、海盐和矿灰。
黑碳(Black carbon)BC是特别需要注意的，因为它吸收阳光，加热空气，并且加剧全球变暖，和其他反射阳光导致全球冷却的气溶胶不同。
BC的排放，是煤不完全燃烧、柴油发动机、生物质燃料和野外生物的燃烧导致，在中国和印度非常巨大因为低温房屋常常烧煤和生物质燃料。
可以合理的预计认为的气溶胶可能导致中国和印度的气候变化，不仅因为吸收性的BC也因为反射性的气溶胶，例如硫酸盐，减少阳光到达地面所以造成地方性的降温。
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。
中国地区黑碳气溶胶的气候效应模拟
中国地区黑碳气溶胶的气候效应模拟关攀博;师华定;高庆先;杜吴鹏;郑辉辉;张强【摘要】RegCM模式对于中国区域气候要素模拟的准确性已得到本地化验证,但系统默认的数据源往往不具备本地化的特征,尤其是气溶胶排放清单设定的生物质源具有季节变化性,人为源为固定值,大大降低了人为源的气溶胶气候效应影响.采用多尺度排放清单模型(MEIC)计算的2013年黑碳气溶胶排放清单,设置不同试验情景,对比分析了人为黑碳气溶胶的气候效应.结果表明:黑碳气溶胶的加入使中国地区的辐射强迫、温度、降水以及黑碳气溶胶柱含量都产生明显变化,且有显著季节变化特征;随着季节变化,气候要素的增减效应范围不同,温度呈由南向北的增长趋势,降水量呈南增北减的趋势,黑碳气溶胶柱含量高值区集中出现在南方工业聚集区.【期刊名称】《环境工程技术学报》【年(卷),期】2017(007)004【总页数】6页(P418-423)【关键词】RegCM;气候效应模拟;排放源;黑碳气溶胶【作者】关攀博;师华定;高庆先;杜吴鹏;郑辉辉;张强【作者单位】中国环境科学研究院,北京100012;中国环境科学研究院,北京100012;中国环境科学研究院,北京100012;北京市气象局气候中心,北京100089;中国环境科学研究院,北京100012;清华大学,北京100084【正文语种】中文【中图分类】X1620世纪50年代，伦敦烟雾事件引起环境领域的专家对氮氧化物的关注，同时也对黑碳气溶胶所引发的气候效应开始进行研究[1]。
由于长期的能源结构和能源利用不均衡，大气中化石能源燃烧所累积的黑碳气溶胶越来越多，全球气候变暖、重污染天气频发以及我国的南涝北旱现象均与该污染物的排放息息相关[2]。
随着研究的深入，科学家发现这类极端现象的发生主要由二氧化碳和黑碳的扩散引起[3]。
据IPCC报告[4]，黑碳气溶胶相比二氧化碳，具有短生命周期性和易扩散的特征，因此研究黑碳气溶胶消散对于减少重污染天气至关重要。
大气气溶胶影响下的城市光环境模拟与评价
大气气溶胶影响下的城市光环境模拟与评价大气气溶胶是指悬浮在大气中的微小固体或液体颗粒物，包括尘埃、烟雾、降尘等。
这些气溶胶颗粒物对城市的光环境产生了重要的影响。
本文将探讨大气气溶胶对城市光环境的模拟与评价。
一、大气气溶胶的来源与组成大气气溶胶的来源非常广泛。
例如，工业排放、交通尾气、燃煤和燃油等燃烧排放、沙尘暴等自然现象都会产生气溶胶颗粒物。
这些气溶胶颗粒物的大小、浓度、化学成分等也有所不同。
二、大气气溶胶对城市光环境的影响1. 散射作用大气气溶胶颗粒物对入射的太阳辐射会发生散射，其中特别是可见光波段的散射作用最为明显。
散射会使得光线在大气中传播的路径发生偏折和扩散，从而降低了远处物体的能见度，形成了所谓的雾霾天气。
2. 吸收作用大气气溶胶颗粒物还对太阳辐射中的短波紫外线、可见光和长波红外线等不同波段的辐射有吸收作用。
这种吸收作用会使得大气温度升高，进而对城市的热环境产生一定的影响。
3. 折射作用大气气溶胶颗粒物对入射的光线会发生折射。
折射会导致空气中的光线弯曲，进而影响到城市的视觉效果。
三、城市光环境模拟城市光环境模拟是通过建立数学模型和使用相应的计算方法，对城市中的光环境进行预测和评估。
针对大气气溶胶的影响，模拟时需要考虑气溶胶的光学特性、浓度分布和空气动力学等因素。
在城市光环境模拟中，一种常用的方法是基于辐射传输模型。
该模型通过计算光线从光源到达观测点的路径，考虑了大气散射、吸收和折射等过程，从而预测城市中不同位置的光照强度、亮度和能见度等参数。
此外，城市光环境模拟还可以借助计算机图形学的技术手段，对光线在城市中的传播和反射进行模拟，生成逼真的城市光环境场景，用于评估城市规划和建筑设计的光照效果。
四、城市光环境评价城市光环境评价是对城市中的光照质量、能见度、视觉舒适度等方面进行综合评判。
在考虑大气气溶胶的影响时，评价应该综合考虑气溶胶浓度、粒径分布、化学成分等因素。
城市光环境评价可以通过实地观测和基于模拟结果的对比分析来完成。
黑炭气溶胶对中国和印度气候的影响
中国和印度的黑炭气溶胶的气候效应近几十年，中国发生南方夏季洪涝、北方干旱的灾害有增加的趋势，在全球大部分地区变暖的同时，中国和印度却出现中度寒冷的现象。
我们用全球气候模型来研究可能造成这种现象的气溶胶组分，从模型之间的比较中发现，如果模型中的气溶胶很大一部分是可吸收性黑炭，就会引起降水量和温度发生变化。
吸收性气溶胶能使空气升温、改变区域大气稳定性和垂直运动，进而通过有代表性的区域气候影响到大范围的环流和水文循环。
中国经历了严重的沙尘暴，主要是由于过度开垦、过度放牧和对森林的破坏引起的。
从中国北部刮来的沙尘暴中含有毒性污染物质，影响了中国、日本、韩国的公共健康，有些气溶胶甚至能传到美国。
现在的沙尘暴事件已经迫使中国官方在接下来的几十年投资12亿美元来增加森林面积和绿化带以阻挡沙尘暴的出现。
这样的措施可能会起到一定的效果。
但是，我们认为南方的洪涝和北方的干旱（自从公元950年以来出现的在降水量方面的最大变化）可能是其他原因造成的：在僻远的工业密集区产生的人造吸收气溶胶能改变区域大气循环，进而导致气候变化。
如果这种解释正确，减少人为黑炭气溶胶的排放量，不但能保护人体健康，也可以减轻南北地区涝旱和沙尘暴灾害的程度。
这种方法也适用于印度及周边国家，如近期遭遇干旱灾害的阿富汗。
大气气溶胶是有大气中的颗粒物组成，主要包括硫酸盐、硝酸盐、含碳颗粒物、海盐和矿物颗粒等。
黑炭比较特殊，它能吸收阳光，使空气升温，进而使全球变暖，这和大部分的具有反射阳光使全球变冷的气溶胶不同。
黑炭主要是煤、柴油机、生物燃料和其他生物质的不完全燃烧的产物，主要集中在中国和印度，因为要靠燃烧生物质和煤来供暖。
因此很合理的预测到是人为产生的气溶胶促成了中国和印度的气候变化，因为吸收黑炭气溶胶和反射气溶胶（硫酸盐）的作用，反射气溶胶能减少到达地面的太阳能，使当地温度降低。
观察这几年中国和印度的温度，发现其与世界上其他大部分变暖的地方不同，在一些季节它们反而变冷，尤其是在气溶胶反射能力达到最大的夏季。
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。
典型行业黑碳气溶胶排放对区域气候的影响模拟
典型行业黑碳气溶胶排放对区域气候的影响模拟郑辉辉;师华定;陈莉荣;高庆先;关攀博;张强【摘要】黑碳气溶胶是大气气溶胶的重要组成成分,其对太阳短波辐射和红外辐射均有强烈的吸收作用,对区域气候有较大影响.利用区域气候模式RegCM3,加入自主编制的黑碳排放清单,模拟研究了2013年工业、交通、民用3个典型行业黑碳气溶胶地表吸收太阳辐射量的变化,分析不同行业黑碳气溶胶排放的气候效应.结果表明:黑碳气溶胶主要分布在华北、中原、长三角、珠三角和成渝地区,其中又以山东省和河北省的排放量最大,呈现明显的季节变化,即冬春季高于夏季;3个典型行业排放量排序表现为民用源>工业源>交通源;黑碳气溶胶使地表吸收太阳辐射量增大,引起的气候效应表现在使华北、中原、长三角等地区气温升高,川渝、珠三角地区气温降低;但引起的降水量变化不大,可能与该模式对降水量的模拟效果较差有关.%Black carbon aerosol is an important component of atmospheric aerosols,which has a strong absorption effect on the solar shortwave radiation and infrared radiation,and has a great impact on the regional ing the Regional Climate Model Version 3 (RegCM3) and combined with self-established black carbon emissions inventory,the variation of solar radiative forcing by black carbon aerosols emitted from industry,transportation,and residential sectors in 2013 was simulated,and the climate effects of black carbon aerosol emissions from different sectors analyzed.It was shown that the black carbon aerosols were mainly distributed in the North China,Central Plains,Yangtze River Delta,Pearl River Delta and Chengdu-Chongqing region,showing obvious seasonal changes,with higher emissions in winter and spring than insummer.Among the regions,Shandong Province and Hebei Province had the biggest emissions.The emissions of the three typical sectors were in the order of residential sources>industrial sources>transportation source.The black carbon aerosol increased the surface absorption of solar radiation and caused climate effect of raising the temperature of the North China,Central Plains and Yangtze River Delta,and decreasing the temperature of Sichuan-Chongqing region and Pearl RiverDelta.However,the resulted change of rainfall was little,which may be related to poor simulation function of the model.【期刊名称】《环境工程技术学报》【年(卷),期】2017(007)003【总页数】7页(P255-261)【关键词】典型行业;黑碳气溶胶;区域气候变化;RegCM3模式【作者】郑辉辉;师华定;陈莉荣;高庆先;关攀博;张强【作者单位】内蒙古科技大学能源与环境学院,内蒙古包头 014010;中国环境科学研究院气候变化环境影响研究中心,北京 100012;内蒙古科技大学能源与环境学院,内蒙古包头 014010;中国环境科学研究院气候变化环境影响研究中心,北京100012;华北电力大学环境科学与工程学院,北京 102206;清华大学地球系统科学研究中心,北京 100084【正文语种】中文【中图分类】X513近几十年，中国南涝北旱现象时有发生，全球气候模式的模拟结果表明，黑碳气溶胶可能是引发该现象的一个重要因素[1]。
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典型城市和乡村大气黑碳气溶胶的质量吸收截面和吸光增强效
应
碳质气溶胶是环境和气候变化的驱动因子,其中元素碳(EC),或者称之为黑碳(BC),具有吸光吸热性质,是一种能够造成全球温室效应的空气污染物。
BC有着积极的辐射强迫,其热辐射强迫被认为仅次于CO2,这使得黑碳减排成为一种可以在短期内缓解全球升温的有效途径,但黑碳的排放、浓度水平、来源和光学特征等问题尚无明确的科学定论。
大气中,黑碳与有机碳(OC)、硫酸盐等非吸光气溶胶混合后,非吸光气溶胶可能在BC表面形成涂层(外混或者内混),该包裹体会增加黑碳的质量吸收截面(MAC),从而造成黑碳的吸光增强效应。
国内外对环境黑碳气溶胶的MAC和吸光增强效应的评估存在较大不确定性,研究尚不完善,进一步导致对黑碳的全球辐射强迫以及气候效应的估算产生巨大的误差。
为了进一步准确测定黑碳的质量吸收截面(MAC)及吸光增强因子(EMAC),本研究选择气溶胶污染严重的华北平原的两个站点(城市济南以及乡村禹城),收集其气溶胶样品进行分析。
建立了气溶胶滤膜溶解过滤(AFD)系统,两步去除滤膜样品的黑碳包裹物,分离出样品中“纯黑碳”,并利用OCEC分析仪以及一系列野外在线观测仪器,对黑碳光学性质(MAC和EMAC)进行着重研究。
在济南市和乡村站禹城,观测到黑碳的MAC分别为8.99±2.29 m2/g、9.58±1.83 m2/g,通过与文献数据对比得知：不同地区、不同排放源,表现出不同的MAC数值,并整体呈现出较大的变化范围(3.4～16.8 m2/g)。
同时发现MAC与OC/EC、NO3-/EC、NH4+/EC以及SO42-/EC均有一定的相关性,表明二次气溶胶对黑碳的包裹作用造成了MAC的增强。
为此,本研究建立了AFD系统,用水和有机溶剂两步去除了90%的有机物质和全部的水溶性离子,AFD处理方法使得EC的回收率为～99%。
处理之后,观测到济南市和乡村禹城样品中“纯黑碳”的MAC分别为4.78±1.72 m2/g、4.38±0.79 m2/g,均低于原始样品MAC,对比处理前后的MAC,即可计算包裹物所造成的黑碳吸光增强因子(EMAC)济南市和乡村禹城观测到的EMAC分别为2.07±0.72和
2.25±0.55,由于白天光化学反应强烈,白天EMAC (济南2.22±0.74,禹城2.63±0.36)均大于夜晚EMAC(济南1.76±0.60,禹城1.75±0.31)。
随气溶胶老化,EMAC呈现增长趋势,在乡村禹城,EMAc与SO42-/EC的关系指示EMAC随气溶胶老化可达到3,是化石燃料不完全燃烧新鲜排放的EMAC的2倍。
这项结果表明,重污染地区的黑碳气溶胶的热辐射强迫可能高于以前的评估。
本论文通过对重污染地区黑碳的光学性质进行着重深入分析,进一步了解黑碳的MAC和EMAC,为全球辐射强迫和气候效应模拟估算提供更详细的观测数据,从而提高模式评估的精确度,对正确理解区域气候变化机制、改善区域空气质量具有重要意义,为我国合理科学的控制大气污染提供强有力的依据。