混合態(tài)對(duì)黑碳?xì)馊苣z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(duì)全球變暖的貢獻(xiàn)是近十年來(lái)科學(xué)界的研究熱點(diǎn),BC的減排被寄望于可以在較短時(shí)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(duì)其氣候效應(yīng)影響的準(zhǔn)確預(yù)測(cè).BC對(duì)太陽(yáng)光的吸收強(qiáng)度受到BC與其他氣溶膠組分在單個(gè)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(duì)BC吸光強(qiáng)度的放大作用可達(dá)2倍.然而,以往受技術(shù)條件所限對(duì)實(shí)際大氣中內(nèi)混態(tài)對(duì)BC吸光強(qiáng)度影響的測(cè)量幾乎是空白.

最近,北京大學(xué)的一項(xiàng)研究表明,實(shí)際大氣中內(nèi)混態(tài)對(duì) BC吸光強(qiáng)度的影響可能并未如原來(lái)預(yù)測(cè)的那樣顯著.這項(xiàng)于 2011年夏季在中國(guó)深圳開(kāi)展的大氣觀測(cè)研究中應(yīng)用了國(guó)際上新型的單顆粒黑碳光度計(jì)(SP2)和三波段光聲光度計(jì)(PASS-3),其中SP2可以在線準(zhǔn)確測(cè)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(cè)量PM2.5中BC引起的光吸收強(qiáng)度.觀測(cè)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(qiáng)度分別為37.1、25.4和17.6Mm-1.研究人員對(duì)BC質(zhì)量吸收系數(shù)和內(nèi)混態(tài)比例進(jìn)行的相關(guān)分析表明,二者呈現(xiàn)顯著的線性正相關(guān),說(shuō)明內(nèi)混態(tài)對(duì)BC吸光強(qiáng)度確實(shí)產(chǎn)生了一定的放大作用.更進(jìn)一步的定量分析表明,在整個(gè)觀測(cè)期間該放大作用平均為 7%,顯著低于以往理論模型的估計(jì)水平.2012年《Science》雜志發(fā)表的在美國(guó)加州的相關(guān)觀測(cè)結(jié)果也顯示,實(shí)際大氣中內(nèi)混態(tài)對(duì) BC吸光的增強(qiáng)效應(yīng)僅為6%.因此,當(dāng)前最新的大氣觀測(cè)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(lái)需要開(kāi)展更多的相關(guān)研究.