黑碳气溶胶的研究综述.pdfVIP

．676· 第十四届全国云降水物理和人工影响天气科学会议(上册) 黑碳气溶胶研究综述 李培仁1 辛跳2 贺千山3 (1山西省人工降雨防雹办公室，太原030002；2山西省气候中心，太原030002 3北京大学物理学院大气科学系100087) 1黑碳气溶胶(BlackCarbon) 黑碳气溶胶(BlackCarbon)是大气气溶胶中一种重要组成部分，主要是含碳物质不完全燃烧产 生的不定型碳，它在可见到红外波段范围内对太阳辐射均有强烈的吸收，它潜在的气候强迫效应已经 成为气溶胶气候效应研究中的一个重要内容，并受到世界各国科学家的关注[1]。 黑碳气溶胶在光学性质上与气溶胶的其他组分有很大的差别，它是大气气溶胶中强光学吸收组 分，它可以作为云凝结核，改变云滴尺度分布、云光学特性和云中液态水含量及云量[1]。 大气中黑碳的主要来源于森林火灾，人为燃烧过程例如火力发电、汽车排放、居民的炊事油烟排 X X109～30 放以及生物燃烧。黑碳所有源向大气的排放估计每年为6 109吨[2]。大约一半是生物燃 烧(包括森林火灾)排放，另一半是化石燃料燃烧排放。黑碳的自然源在过去几百年里由于森林火灾 的减少而可能减少了，另一方面化石燃料和生物的燃烧造成人为源的迅速增加。据Cooke[31等人估 差至少在四倍。Chylek[53等人对比近年来的黑碳浓度和几千年冰芯中的浓度发现，输送到极地的黑 碳浓度几千年来的变化不超过2倍。这至少说明在火的活动与化石燃料和生物燃烧之间存在补偿作 用。 黑碳在大气中是惰性的，即使与其他化合物混合也能够保持较长时间的化学不变性。黑碳在大 气中的沉降主要是湿沉降和干沉降。由于它的厌水性，细粒子黑碳(粒径小于1／-m)不太能够有效地 被降水清除，而降水是细粒子主要的清除机制。因而，由于缺乏物理清除机制，黑碳中的细粒子能够 长距离的输送并且在大气中有较长的停留时间。一些研究表明黑碳在无降水的情况下典型的生命时 间为一周到10天邸’7]。黑碳由于自身的化学稳定性可以用来作为附近燃烧源产生的空气团的示踪剂。 黑碳气溶胶作为一种污染物，对大气环境有着独特的影响，并且可以参与非均相大气化学过程。 积聚模态的黑碳气溶胶还可以通过呼吸作用夹带所吸附的多环芳烃类等有害物质进入人体，对公众 健康造成危害[8’9]，而且降低大气能见度，污染地表，影响美观。 0|，作为大气气 黑碳气溶胶在气溶胶气候效应中占有重要地位。1995年的IPCC报告就曾提出[1 溶胶中太阳辐射的吸收主体，黑碳气溶胶同其他气溶胶如硫酸盐气溶胶混合存在，可能会大大降低硫 酸盐气溶胶单独存在时对气候的负辐射强迫作用。2000年的IPCC报告[11]则根据近年来黑碳气溶 胶辐射强迫研究的模式结果，指出黑碳气溶胶能够导致正的辐射强迫，同硫酸盐等气溶胶混合在一 起，黑碳气溶胶会极大地减弱气溶胶的负辐射强迫，尤其在地表反照率较大的北半球地区，这种作用 会更加明显。相对非常小部分的黑碳气溶胶为什么在气溶胶气候效应中扮演着这么重要的角色呢? 原因在于它不仅仅减少了到达地面的太阳辐射，而且加热空气，这些都将影响温度垂直廓线、蒸发、潜 热通量、大气稳定性以及对流强度。对流的变化相应地改变了大尺度环流。严重污染地区的降水增 加，同时由于上升气流的补偿作用，周围地区的下降气流使得这些地区的云不再形成，变得更加干 旱[12|。为了估计黑碳对于气候的效应，我们必须了解它的来源以及在大气中的全球分布口3|。虽然有 一些黑碳气溶胶浓度的观测[1“19]，但是这些观测资料远远不完整，不能够给出全球或者区域性的清 晰图片。精确的黑碳信息对于预测黑碳气溶胶的辐射强迫是非常必要的，黑碳输人数据中相对小的 变化也会导致辐射强迫从正值变到负值阻…。 · · S7一黑碳、消雨、消雾、气溶胶、闪电、综述