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广州地化所发现老化的黑碳颗粒是山帽云活性云滴的重要凝结核

技术文章广州地化所发现老化的黑碳颗粒是山帽云活性云滴的重要凝结核

大气气溶胶颗粒可以吸收环境中的水汽形成云滴,改变云层对太阳辐射的反射率以及云层在大气中的停留时间,继而影响大气能量辐射平衡和气候变化。由于气溶胶颗粒组分多样性,时空分布多变性,以及气溶胶颗粒-云-辐射存在复杂的非线性关系,气溶胶与云之间的相互作用一直是评估气候系统辐射强迫作用的最不确定因子。如何减少这种不确定性以及评估气溶胶颗粒对云滴形成的影响依然是预测气候变化的难点和挑战。

编辑:Nano004  |  发布日期:2017-10-22

方案概述

大气气溶胶颗粒可以吸收环境中的水汽形成云滴,改变云层对太阳辐射的反射率以及云层在大气中的停留时间,继而影响大气能量辐射平衡和气候变化。由于气溶胶颗粒组分多样性,时空分布多变性,以及气溶胶颗粒-云-辐射存在复杂的非线性关系,气溶胶与云之间的相互作用一直是评估气候系统辐射强迫作用的最不确定因子。如何减少这种不确定性以及评估气溶胶颗粒对云滴形成的影响依然是预测气候变化的难点和挑战。

图1. 云滴残余物中不同类型颗粒的占比

中国科学院广州地球化学研究所王新明学科组的毕新慧研究员和林钦浩博士,在国际上率先使用地用逆流虚拟撞击器-单颗粒气溶胶质谱仪(GCVI-SPAMS)联用技术实现了在地面对单个活性雾滴的在线观测,首次发现黑碳可以作为活性雾滴的重要凝结核,成果在J. Geophys. Res (2016)上发表。之后,该团队将同样的技术应用于海拨1690米的高山上,对山帽云单个活性云滴颗粒进行了在线观测。研究分析了三个云事件23611个云滴残余物颗粒:发现老化的黑碳颗粒(Aged EC)在云滴残余物中占比最大,约50%;其次是生物质燃烧颗粒(K-rich),约34%;其它颗粒类型包括Dust,Amine,Fe,Pb,OC以及Na-rich等所占的比例较小,在0.5-4.1 %之间。而且云滴残余物当中不同类型颗粒的占比受气团来源影响非常大。当气团来自中国北方时,老化黑碳颗粒的占比高达60%。当气团来自西南方向的东南亚地区时,老化黑碳颗粒的占比降低,生物质燃烧颗粒的贡献大幅增加,达到50%以上;有机胺颗粒的比例也显著上升(图1)。充分证实即使在没有任何人为活动的高山上,黑碳颗粒仍是活性云滴的重要凝结核。

图2. 云滴残余物颗粒类型与不同二次离子的混合状态

图2. 云滴残余物颗粒类型与不同二次离子的混合状态

研究还发现:云滴残余物中硫酸盐与 K-rich (91%), OC (100%), Aged EC (98%), Fe (93%)和Amine (99%)颗粒的混合程度较高,而硝酸盐与Pb (95%), Fe (92%), Na-rich (89%)和Dust (88%)的混合程度较高(图2)。云滴残余物中硝酸盐的强度明显高于晴天环境颗粒,但弱于间隙颗粒;而硫酸盐的强度明显弱于晴天环境颗粒。本研究的观测结果为深入研究气溶胶颗粒的云活性及模型预测其间接气候效应提供了重要信息。该研究受到国家重点研发计划重点专项,国家自然科学基金以及广东省领军人才项目的资助。相关论文发表在Atmospheric Chemistry and Physics杂志 。

论文信息:Lin, Qinhao; Zhang, Guohua; Peng, Long; Bi, Xinhui; Wang, Xinming; Brechtel, Fred J.; Li, Mei; Chen, Duohong; Peng, Ping'an; Sheng, Guoying; Zhou, Zhen. In situ chemical composition measurement of individual cloud residue particles at a mountain site, southern China. Atmospheric Chemistry and Physics, 17, 8473–8488, 2017.

方案关键器件表

图片 型号 品牌 产品名称 库存 价格 操作
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