我国背景区域关键气溶胶光学参数及其对辐射强迫影响研究

The study on aerosol climatic effects is a key hot area of Atmospheric research. The short atmospheric lifetime of aerosols results in more localized effects and regional differences in aerosol properties, thus the high uncertainty on radiative forcing. Therefore, the in-situ long-term measurement of on a regional scale becomes an important pathway to obtain the key aerosol properties to determine aerosol radiative forcing. This study will carry out at 4 WMO/GAW global and regional stations, i.e. Mt. Waliguan, Shang Dianzi, Lin’an and LongFengshan, with the size cut of PM10 at these 4 sites and and PM1 at Mt. Waliguan and ShangDianzi. The aerosol scattering coefficient, backscattering coefficient, absorption coefficient will be concurrently measured after the ambient air passed through the diffusion dryer to ensure the aerosol RH lower than 40%. Then the key optical properties such as Angstrom Exponent, single scattering albedo, backscatter fraction, asymmetry, etc could be derived. We will characterize the variation of various aerosol optical properties and investigate the systematic relationships among them. We will also assess the importance of different optical properties, such as single scattering albedo and backscatter fraction, on aerosol forcing at different background area. This study will help us to understand more about the how optical properties effects the radiative forcing, and provide the fundamental data to improve the parameterization in the regional climate mode.

大气气溶胶的气候效应研究是当今国际大气科学界的前沿课题。大气气溶胶光学特性的区域差异和不确定性是造成气候效应研究中不确定性的主要来源，而地基在线观测是获得气溶胶关键光学特性参数的重要手段。本项目拟以4个国家大气本底野外观测研究试验站(青海瓦里关、北京上甸子、浙江临安、黑龙江龙凤山)为观测基地，开展不同波长下干状态PM10（在青海瓦里关和北京上甸子也开展PM1）气溶胶散射系数、后向散射系数、吸收系数的同步观测，探讨气溶胶散射系数、Angstrom指数、单次散射反照率、后向散射比，不对称因子等的关键气溶胶光学特性参数的变化规律及其动态变化关系，评估这些参数对辐射强迫效率计算的影响，为减少辐射强迫计算中的不确定性,改进区域气候模式中的气溶胶光学特性参数化等提供科学基础。

大气气溶胶光学特性的区域差异和不确定性是造成气候效应研究中不确定性的主要来源，而地基在线观测是获得气溶胶关键光学特性参数的重要手段。本项目在青海瓦里关、浙江临安、黑龙江龙凤山等全球和区域大气本底站，以及中国气象科学院楼顶开展了干状态下气溶胶在可见光三个波长下散射系数和后向散射系数同步观测，计算获得气溶胶Angstrom指数、后向散射比、不对称因子、质量散射效率等评估气溶胶辐射强迫的关键参数，并分析了不同气溶胶光学特性参数间的关系。结合同期观测的气溶胶吸收系数、数谱分布等资料开展了气溶胶特性的个例分析，探讨了不同污染情况下各种气溶胶特性的演化。研究发现不同区域气溶胶散射、后向散射系数都有较强的波长依赖性，而气溶胶的后向散射比和不对称因子对波长的依赖比较弱，特别是粗粒子，不同波长下的后向散射比和不对称因子几乎相同，这也说明不同波长下PM10气溶胶后向散射比和不对称因子的变化主要是PM1气溶胶变化引起的。研究发现北京城区气溶胶的散射系数主要由细粒子贡献，亚微米气溶胶对PM10散射系数的贡献平均为71.1±7.9%，随着污染程度的增加，其贡献有减小的趋势。PM10和PM1气溶胶散射Angstrom指数（550nm）分别为1.50和1.88。较高的散射Angstrom指数和较高的亚微米散射比以及较高的PM1散射系数表明，控制细颗粒物污染对于减少北京城市的整体PM污染很重要。气溶胶的质量散射效率变化较大，污染期间气溶胶的质量散射效率是沙尘期间的10倍左右，随散射系数增加而增加，说明在污染时期质量散射效率的增加和气溶胶载荷增加都对能见度的增加有重要的贡献。通过本项目的研究，提升了对我国不同区域气溶胶光学特性变化特征以及不同气溶胶光学特性参数间的关系的认识，为改进区域气候模式/辐射传输模式中的气溶胶辐射特性参数、减少辐射强迫计算中的不确定性提供可靠的支撑。