碳质气溶胶 (Aerosols)

碳质气溶胶(Carbonaceous Aerosols) 是大气气溶胶的重要组成部分,可影响全球气候变化、大气能见度、区域空气质量和人类健康。若不考虑碳酸盐,气溶胶中的碳质可分为有机碳(OC)和元素碳(EC)两大类,是大气气溶胶中的重要组成部分。如,在广州,包括元素碳(EC)、一次有机气溶胶(POA)、二次有机气溶胶(SOA)等在内的有机质,在PM2.5质量中所占比重可达40~50%。

一般而言,有机碳(OC)对气候的影响总体表现为变冷作用,而EC可吸收红外和部分可见光波段的太阳辐射,使周围大气增温,表现为变暖作用。事实上,EC是全球大气系统中仅次于CO2的增温组分。但是,近年发现,OC中的部分有色物质,可在紫外-近可见光波段发生有效光吸收,是气溶胶中除EC外,可引起大气增温的另一类重要气溶胶碳质,即所谓棕色碳(Brown Carbon, BrC)。初步的模式估算结果表明,人为气溶胶中的BrC可贡献高达约19% (+0.25 W m−2)的能量吸收,大致相当于EC贡献的三分之一。BrC甚至有可能将气溶胶的冷却效应“翻转”为升温作用。而在源区与云上,BrC的光吸收在大气光化学和水循环中扮演着重要的角色。值得指出,生物质燃烧(Biomass burning)排放,可能是大气中BrC的最重要来源。

研究组近期在碳质气溶胶领域的工作。主要围绕区域生物质燃烧及其环境效应、城市大气灰霾污染和棕碳等三个主题开展,内容如:

  • 区域生物质燃烧污染排放与环境效应(研究生:耿晓飞、唐娇、王嘉琦、张伯龙)
  • 大气棕碳有机质及其环境与气候效应 (研究生:唐娇、姜鸿兴、张伯龙)
  • 城市/区域大气颗粒物来源与过程的同位素示踪(研究生:苏涛、王晓、唐娇、张伯龙)
  • 碳质气溶胶组分14C同位素分析新方法(研究生:张向云、徐步青、唐天罡)

在此研究领域,研究组与北京大学郑玫、同济大学陈颖军、中科院烟台海岸带研究所田崇国、中国气象科学研究院支国瑞等具密切的合作关系,并定期举行联合学术组会(IGWA系列研讨会)。

我们也与瑞士Bern大学Sonka Szidat研究组、瑞典斯德尔摩大学Orjan Gustufsson研究组合作,开展部分研究工作。

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图1 博士生蒋昊余(右三)、耿晓飞(左二)在泰国曼谷设置大流量大气采样器(与泰国农业大学环境学院合作)。

Naresuan

图2 博士生蒋昊余(左一)、耿晓飞(左二)在泰国中部Phitsanulok设置大流量大气采样器(与泰国Naresuan大学环境学院合作)。

 Malaysia

图3 研究组设置在马来西亚Buchok的大气背景站(与马来亚大学海洋与地球科学中心合作)。

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图4 博士生耿晓飞在南海和印度洋采集气溶胶样品。

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图5 研究组设置在浙江宁波横溪的大气背景观测站(2008—)。

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图6 基于热化学的两阶段气溶胶OC、EC分离制备系统。

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图7 基于商用OC/EC (TOT)分析仪改装的微量样本OC、EC分离制备与AMS气体源14C测定技术。