混合態(tài)對黑碳氣溶膠光吸收作用的影響

黑碳(BC)氣溶膠是大氣中最主要的吸光性顆粒態(tài)物質(zhì),其對全球變暖的貢獻是近十年來科學(xué)界的研究熱點,BC的減排被寄望于可以在較短時間內(nèi)起到緩解氣候變化的作用.然而,目前 BC光學(xué)性質(zhì)的不確定性依然很大,限制了人們對其氣候效應(yīng)影響的準(zhǔn)確預(yù)測.BC對太陽光的吸收強度受到BC與其他氣溶膠組分在單個顆粒中混合態(tài)的顯著影響,非吸光性物質(zhì)在BC顆粒外層的包裹(即BC處于內(nèi)混態(tài))可以產(chǎn)生光聚焦效應(yīng)而增大BC的吸光截面.以往的理論模型研究表明,內(nèi)混態(tài)對BC吸光強度的放大作用可達2倍.然而,以往受技術(shù)條件所限對實際大氣中內(nèi)混態(tài)對BC吸光強度影響的測量幾乎是空白.

最近,北京大學(xué)的一項研究表明,實際大氣中內(nèi)混態(tài)對 BC吸光強度的影響可能并未如原來預(yù)測的那樣顯著.這項于 2011年夏季在中國深圳開展的大氣觀測研究中應(yīng)用了國際上新型的單顆粒黑碳光度計(SP2)和三波段光聲光度計(PASS-3),其中SP2可以在線準(zhǔn)確測量PM2.5中BC的質(zhì)量濃度,而不受其混合態(tài)干擾,PASS-3可以在線原位測量PM2.5中BC引起的光吸收強度.觀測結(jié)果顯示:PM2.5中BC的平均濃度水平為4.0μg/m3,其中內(nèi)混態(tài)BC比例平均為24.3%;由BC引起的405、532和781nm處的光吸收強度分別為37.1、25.4和17.6Mm-1.研究人員對BC質(zhì)量吸收系數(shù)和內(nèi)混態(tài)比例進行的相關(guān)分析表明,二者呈現(xiàn)顯著的線性正相關(guān),說明內(nèi)混態(tài)對BC吸光強度確實產(chǎn)生了一定的放大作用.更進一步的定量分析表明,在整個觀測期間該放大作用平均為 7%,顯著低于以往理論模型的估計水平.2012年《Science》雜志發(fā)表的在美國加州的相關(guān)觀測結(jié)果也顯示,實際大氣中內(nèi)混態(tài)對 BC吸光的增強效應(yīng)僅為6%.因此,當(dāng)前最新的大氣觀測結(jié)果顯示,BC在氣候變化中的作用可能并不如以往一些模型中估算得那樣大,其影響因素復(fù)雜,未來需要開展更多的相關(guān)研究.