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孔少飞教授合作研究成果在《Nature Geoscience》上发表
发布时间: 2017-03-22 09:02:00   作者:xwdt   来源:   浏览次数:

        (通讯员左麦枝 张学海)近日,环境学院大气科学系孔少飞教授参与的论文“Black-carbon absorption enhancement in the atmosphere determined by particle mixing state”发表在《Nature Geoscience》期刊。该论文是孔少飞教授在英国曼彻斯特大学地球、大气与环境学院大气科学研究中心Prof. Hugh Coe研究组访学期间参与的研究工作的部分成果,与英国专家学者共同完成。

        黑碳(BC)是继二氧化碳之后引起气候变暖的最大贡献者。BC主要在可见光和红外波长段吸光,使得BC能非常有效的吸收太阳光,直接造成BC所在大气层的加热效应并阻止太阳光到达地面,进而导致整个大气层系统的紊乱由此造成很多气候环境的连锁效应。BC的光学性质是决定其气候环境效应的关键,也是气候模型中对于BC性质界定的难点。由于BC具有及其不规则的链状结构,其巨大的表面积使其更容易吸附其它化学成分,如有机物、硫酸盐、硝酸盐等。其表面组分的吸附、混合不仅受到排放初始状态的影响,也会在大气传输过程中发生改变或老化。这种现象常被称作BC的“混合态”,这些吸附于BC上的其它化学成分通常被称为BC的“包裹层”。最近研究表明BC的包裹层部分能够通过光的折射和反射作用增强BC本身的吸收,这种现象类似透镜的聚光效应。这是近几年来一直在争论的科学问题,究竟在真实的自然界中,包裹层能否带来和能带来多少“透镜效应”仍存在极大的争议,不同的测量得出完全不同的结论,成为困扰科学界的极大难题,进而导致对于BC气候环境效应模拟研究的不确定。

        本次研究采用单颗粒气溶胶光度计(Single Particle Soot Photometer,SP2)、气溶胶离心质量分析仪(Centrifugal Particle Mass Analyser,CPMA)、气溶胶质谱(AMS)、烟雾箱及其它附属设备第一次通过实际测量揭开了BC混合态对其光学性质影响的面纱。研究发现,以往存在巨大争议的透镜效应只有在包裹层和黑碳的质量比值到达一定的临界点时才会发生(高于3)并随着质量比的增强而增加,当低于某个临界点时(低于1.5)由于包裹层并没有完全包裹住黑碳或者填充了其中的缝隙,从而对其光学性质没有发生质的影响,在质量比在1.5-3之间黑碳的光学性质随着质量比的增加发生迅速的突变。本次研究通过大量的野外和室内实验观测得到了一致的发现,证明这个质量比值特征的普遍性。研究进一步发现,在城市环境中看到的汽车尾气的排放中,黑碳的包裹层成分相对较少,从而没有包裹层带来的透镜效应;而生物质燃烧排放的黑碳则具有较大的包裹层从而具备增光的效应。本次研究第一次给出了如何在不同质量比的条件下来应用不同的经典光学模型来探讨黑碳的光学性质,这为区域模型和全球气候模型模拟黑炭的光学效应提供了有效的模拟方法。


图1   不同来源黑碳质量比与吸收系数

        论文链接:  http://www.nature.com/ngeo/journal/v10/n3/full/ngeo2901.html

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