基于多波段热光碳分析法的棕碳测量与应用

Atmospheric light-absorbing carbonaceous aerosols influence the visibility，air quality and earth’s radiative balance by absorbing sunlight. Quantitative understanding of the environmental and climate effects of the light-absorbing carbonaceous aerosols requires a detailed knowledge of their concentrations, temporal variation and sources. In this project, we plan to use multi-wavelength DRI_2015 carbon analyzer, improve measurement accuracy and establish reliable testing procedure to get the optical properties of BC and BrC. Select Xining City (the biggest city in Tibet Plateau) as research object, one year-round PM2.5 aerosol samples will be taken at three sampling sites (two urban sites and one rural site). Black carbon (BC) and brown carbon (BrC) will be quantified to investigate their absorption coefficients, contributions to attenuation,temporal distribution, sources apportionment. This study will provide a new approach in obtaining BrC optical properties. The results obtained will also improve our understanding of the potential environmental impact of light-absorbing carbonaceous aerosols in Xining and provide knowledge for the mitigation of carbon emissions in China.

吸光性碳气溶胶可通过吸收太阳光影响能见度、区域环境与地球辐射平衡，为了认识吸光性碳气溶胶的气候与环境效应，制定有针对性的控制对策，需要了解其光学特性、来源、空间分布和季节变化。本研究拟采用最新开发的DRI_2015多波段热光碳分析仪，对其测试方法进行改进，建立可信的测量程序，实现气溶胶中黑碳与棕碳光学性质的定量评估，并与其他测试方法展开对比验证，研究该方法的适用性与局限性；在此基础上，将该测试方法应用于西宁市（藏高原最大与人口最多的城市），认识吸光性碳气溶胶在该区域的演变规律、吸光特性以及来源贡献，为多波段热光碳分析法提供交叉验证，同时也为揭示西宁不同季节吸光性碳气溶胶的浓度与吸光特性的变化原因提供理论依据、为政府制定有针对性的碳减排措施提供科学依据。本研究为棕碳光学特性的研究提供一种新的手段，同时也填补了西宁大气气溶胶研究领域的空白。

吸光性碳气溶胶（黑碳、棕碳）可通过吸收太阳光影响能见度、区域环境与地球辐射平衡，为认识其气候与环境效应，需了解其光学特性、来源、时空分布等。本项目对吸光性碳气溶胶测量、光学性质及辐射强迫展开研究，主要内容如下：..（1）运用多波段热光碳分析仪对吸光性碳气溶胶的光学吸收测量校正展开探索，包括：测试方法进行改进，建立可信的测量程序，通过二元模型的建立实现气溶胶中黑碳与棕碳光学性质的定量评估。.（2）基于（1）研究结果，将其运用在对藏东南地区为期一年样品的黑碳、棕碳光学解析上，结果表明：总吸光系数呈现显著季节变化，所有波长的吸光系数均在季风前最强，和生物质燃烧的指示物左旋葡聚糖相对应；通过建立的二元模型解析了总吸光系数：405nm光下棕碳、黑碳的相对贡献率分别为48.7%和44.0 %，棕碳对总吸光的贡献率随着波长的增大而不断减少；所有波长下，棕碳对辐射的吸收相对黑碳而言，大约为29.4±9.5%，证实了BrC在近紫外条件下对光吸收的重要性。.（3）运用在线黑碳仪在藏东南开展黑碳研究表明，黑碳的平均浓度为496.5 ± 521.2 ng m-3，季节变化特征：季风前期 >季风后 > 冬季 > 季风期；日内变化特征：上午08:00至10:00出现明显峰值，其他时间段为低浓度小幅度波动；这是由于区域气象、大气混合层高度以及污染源强度的变化共同造成的结果。采样期间，所有大气气溶胶所造成的地面辐射的减少量为-19.9 W m-2，而由黑碳造成减少量为-3.9 ± 1.8 W m-2，占总气溶胶的~20%左右；在污染事件中，黑碳造成的直接辐射强迫减少量显著高于四季均值，占总气溶胶的~ 48.5%，证实了污染事件下，尽管黑碳浓度不高，但对高原地区辐射会产生重要影响。.（4）首次使用稳定的碳同位素进行黑碳来源解析，结果表明：西安市生物质燃烧对黑碳的贡献百分比为1.6％至29％；春、夏、秋季，机动车排放是黑碳的主要贡献源，燃煤则是冬季黑碳最重要的来源；解析结果与燃煤、机动车示踪物的显著相关性，证明了该解析方法的合理性，提供了一种简单且相对准确的源解析方法。..本项目在吸光性碳气溶胶的源解析、光学测量研究方面展开了探索与应用，为模式模拟工作提供了基础数据，政府制定有针对性的碳减排措施提供科学依据。