北极新奥尔松地区黑碳气溶胶来源及输送机制研究

在过去的100年中，北极温度升高速率几乎是全球平均速率的两倍,尽管人为长生命期的温室气体GHGs在气候系统辐射强迫中占主导地位，黑碳气溶胶和其它短生命期的污染物却能很好地解释北极气候增暖较快的原因。本课题组已经在2005-2008年度中国黄河站夏季科学考察期间获得新奥尔松地区连续4年的黑碳气溶胶浓度观测资料的工作基础上，对新奥尔松地区黑碳气溶胶浓度水平、来源及变化趋势有了一定程度的了解，但仍存在一些疑问，为此我们期待在黄河站持续开展黑碳气溶胶在线观测，并在周边加强多点联测和垂直观测，拟在解决疑问的同时，验证已有的研究结果，以期获得北极新奥尔松地区黑碳气溶胶浓度空间分布特征，揭示黑碳气溶胶来源及变化趋势；初步探讨黑碳气溶胶，特别是源自人为活动部分，对局地气候，乃至全球气候的影响；从而为开展全球气候变化预测研究提供关键参数。

项目执行以来，本项目组紧紧围绕预期目标开展研究，各方面的工作均已较好完成。为阐明北极新奥尔松地区黑碳气溶胶来源及输送机制，本工作组于2005-2008和2011-2012年夏季前往新奥尔松开展黑碳气溶胶在线、多点观测。为了深入解析该地区气溶胶的特征及来源，该项目还附加对气溶胶中的重金属、水溶性离子、有机碳和元素碳以及土壤中的重金属做分析讨论。成果包含：（1）给出了黑碳气溶胶（附加其它化学成分）的浓度水平；（2）建立算法从量上评估当地排放和远距离输送的贡献；（3）讨论了黑碳气溶胶的来源和沉降；（4）揭示了船排放对气溶胶成分的影响；（5）探讨了有机碳、二次无机气溶胶、气溶胶酸度以及氯衰减等化学特征。..研究结果表明（1）2011年夏季黑碳气溶胶平均浓度为17 ng m-3，高于站区周边浓度（5.4 ng m-3）。从2005-2008观测结果来看，站区黑碳气溶胶的浓度以每年4 ng m-3的速率上升，主要与局地排放有关。局地人为活动排放系数大约为8.1 g h-1。该部分黑碳气溶胶在冰盖上沉降通量大约为每月1.8 ng g-1，而观测得到的冰雪黑碳浓度为5 ng g-1，表明该沉降将对冰雪中黑碳浓度产生可能影响。从远距离传输来看，气团来源有三类，其中以北冰洋气团为主，主要影响黑碳气溶胶3天左右的变化；北欧洲气团，该路径降雨概率较高，主要体现为1.35天左右的变化；俄罗斯中部气团传输路径较高，降水的可能性较小，主要体现为5天左右的变化。（2）金属元素和阴阳离子示踪表明，夏季船排放对该地区气溶胶有重要影响。受大船排放影响，非海盐硫酸根、有机碳和元素碳浓度分别203 ng m-3、64.4 ng m-3 和 2.3 ng m-3，是无大船影响时期的4，3和3倍。非地壳源钒nc-V和镍nc-Ni的浓度分别为0.976 ng m−3和0.572 ng m−3，比无大船影响时高38和8倍。（3）二次无机气溶胶由42%的nss-SO42-，38%的NO3- 和20%的NH4+ 组成。气溶胶粒子呈酸性，中性度（neutralization ratio, NR）平均值为0.53，表明气溶胶为NH4+亏损，SO42-主要以 NH4HSO4 或 H2SO4形态存在。当海洋和人为源均比较强时，气溶胶发生氯衰减（11-22%）。该研究成果将对开展全球气候变化评估和北极减排策略研究提供重要依据。