黑碳气溶胶的辐射强迫
人为排放气溶胶引起的辐射强迫研究
收稿日期:1997-08-28第一作者:男,1962年生,硕士*国家重点科技项目(96-911-01-02B)**任阵海为中国工程院院士人为排放气溶胶引起的辐射强迫研究*高庆先 任阵海**姜振远(国家环保局气候变化影响研究中心,北京 100012)摘 要 利用建立的大气气溶胶辐射强迫模式,对我国历年大气气溶胶(TS P 和硫酸盐气溶胶)引起的直接辐射强迫进行了计算,并给出其全国分布。
得到了一些有意义的结果:我国大气气溶胶引起的辐射强迫与我国能源,特别是燃煤的消耗量密切相关,随着消耗量的增加,大气气溶胶(T SP 和硫酸盐气溶胶粒子)引起的辐射强迫也增加;指出在利用辐射模式讨论大气气溶胶引起的直接辐射强迫时,不能忽视扬尘和沙尘的作用;我国由于大气气溶胶引起的直接辐射强迫主要集中在工业比较发达的城市或地区,四川盆地由于其特殊的地理位置和气候条件,在该地区因大气气溶胶产生的辐射强迫始终比较大。
关键词 大气气溶胶 辐射强迫 人为排放R esearch on Radiation Forcing C aused by Man -made Emission of Atmosph eric AerosolGAO Qingxian REN Zhenhai JIANG Zheny uan(Center fo r Climate Change Impact Research,N EPA ,Beijing 100012)Abstract T he dir ect radiatio n forcing (RF )caused by atmospher ic aerosol (T SP and sulfate aerosol)over t he years was calculated t hrough using t he built RF model of atmospher ic aerosol,and the g eogr aphic distribution w as also g ot.T he RF had close r elation with t he energy consumption in China,especially with her coal consumption.With the incr ease of coal consumption,the RF also increased.It w as pointed out that fine sand and raise dust can not be ignored when discussing the RF by using RF models.T he high v alues of RF in China were mainly located in those industry-developed regions and cities.T he RF value in Sichuan Basin was larger all the time due to its special g eog raphic and climate condit ions.Keywords Atmospheric aerosol;R adiation forcing;M an-made emission人为排放大气气溶胶的气候效应和环境生态效应是当前环境科学和大气科学界普遍关注的热门课题,已引起各国政府和联合国IPCC 组织的高度重视。
中国和印度的黑碳气溶胶的气候效应
中国和印度的黑碳气溶胶的气候效应Science 2002 Vol 297 Surabi Menon等中国和印度黑碳气溶胶的气候效应最近几十年，有一种趋势，在中国南方洪水灾害增加而北方干旱增加。
并且中国和印度在世界正在变暖的时候正在缓慢降温。
我们使用了一个全球气候模型发现这些趋势可能是气溶胶的贡献。
我们发现如果大气气溶胶中包换了大量吸收性的黑碳，那么降雨和温度在模型中的变化能够和那些观察到的结果作比较，同观测到的结果有一致性。
吸收性的气溶胶加热空气，改变区域大气稳定和垂直运动，并且影响有显著区域气候效应的大尺度的环流和水文循环。
中国正在遭受日益增长的沙尘暴威胁，一般归结于土地开垦、过度放牧和森林破坏。
从北部中国来的漂浮的灰尘吸附着有毒的污染物，关系到中国、日本、韩国的公共健康，甚至部分气溶胶到达了美国。
最近这些灰尘导致中国官方考虑花费数百万人民币在下一个十年中增加森林和绿化带来抵抗沙尘暴。
这些措施也许会有部分效果。
但是，我们认为观测到的增加的南方洪水和北部干旱的趋势，自从950A.D开似乎的降雨改变，也许有另一个不同寻常的解释:人为造成的吸收性气溶胶改变了区域大气循环并增加了气候改变。
如果我们的解释是正确的，减少人为产生的黑碳气溶胶，不仅能让人类健康受益，还能减少洪水和干旱以及沙尘暴的威胁。
相似的情况也可以推理到印度和相邻区域例如阿富汗，它们也有类似的问题。
大气气溶胶，是细小的空气颗粒悬浮物，主要包括硫酸盐、硝酸盐、炭质(有机碳和黑碳)微粒、海盐和矿灰。
黑碳(Black carbon)BC是特别需要注意的，因为它吸收阳光，加热空气，并且加剧全球变暖，和其他反射阳光导致全球冷却的气溶胶不同。
BC的排放，是煤不完全燃烧、柴油发动机、生物质燃料和野外生物的燃烧导致，在中国和印度非常巨大因为低温房屋常常烧煤和生物质燃料。
可以合理的预计认为的气溶胶可能导致中国和印度的气候变化，不仅因为吸收性的BC也因为反射性的气溶胶，例如硫酸盐，减少阳光到达地面所以造成地方性的降温。
半干旱地区黑碳气溶胶变化特征及来源分析
半干旱地区黑碳气溶胶变化特征及来源分析摘要：利用兰州大学半干旱气候与环境观测站（sacol）多角度吸收分光光度计（maap-5012）黑碳浓度观测数据分析了榆中地区黑碳气溶胶的变化特征。
榆中地区黑碳气溶胶质量浓度的变化范围为0.41μg/m3-6.22μg/m3，最高平均浓度出现在1月，为2.96μg/m3，最低平均浓度都出现在4月，为0.88μg/m3，09:00达到最高值2.08μg/m3，17:00达到最低值1.31μg/m3，20:00达到次峰值1.75μg/m3。
周末黑碳浓度比工作日黑碳浓度要大，秋季黑碳气溶胶浓度在周末小于工作日，其他三个季节黑碳浓度在周末最大。
黑碳气溶胶的可能来源主要是甘肃中部一带，重庆地区，新疆中南部以及印度北部地区。
从四个季节黑碳气溶胶可能来源情况来看，黑碳气溶胶在秋季主要来源地区为甘肃西部、甘肃中部及重庆地区；冬季主要受本地排放影响，没有较远地区的来源；春季主要来源地区为甘肃中部及重庆与贵州交界一带；夏季来源地区主要集中在观测站的东南方向，主要是重庆、湖北以及云贵地区。
关键词：半干旱地区；黑碳气溶胶；潜在源properties of black carbon aerosol and their potential source analysis in semi-arid regionchen lin1, chang nan2, yang guicheng1, zhou tian1（1. key laboratory for semi-arid climate change of the ministry of education, college of atmospheric science,lanzhou university, lanzhou 730000, china2.atmospheric detection college, chengdu university of information technology, chengdu 610225, china)abstract:use the black carbon concentration observation data of multi-angle absorption spectrophotometer (maap-5012) in semi-arid climate and environmental observation stations (sacol) analyzes the black carbon aerosols variation characteristics in yu zhong area. black carbon aerosols concentration range from 0.41ug/m3 to 6.22ug/m3, the highest average concentration appeared in january, for 2.96ug/m3, and the lowest average concentration appeared in april, for 0.88ug/m3. the highest concentration appeared in 09:00 ,for 2.08ug/m3, the lowest concentration appeared in 17:00,for 1.31ug/m3, the second peak appeared in 20:00 ,for 1.75ug/m3. black carbon concentration in weekend higher than working days, and in fall, black carbon aerosols concentration in weekend less than working day, three other seasons black carbon concentration in the weekend is the highest. black carbon aerosols may largely when airflow come from the central area in gansu province, chongqing area, xinjiang and northern india. for the four seasons,black carbon aerosols may sourcesituation, in the autumn black carbon aerosols mainly come from western of gansu, central of gansu and chongqing area. in the winter black carbon aerosols mainly affected by the local emissions;in spring mainly come from central of gansu and chongqing area and border area of guizhou; in summer the mainly source concentrated in the southeast of sacol, including chongqing, hubei and yunnan-guizhou area.key words：semi-arid areas; black carbon aerosol; potential source0引言黑碳气溶胶在大气气溶胶中扮演着重要的作用，大气气溶胶对太阳辐射的吸收作用90%(1)以上都是由黑碳气溶胶造成的。
大气气溶胶课件5-气溶胶辐射效应
盐气溶胶，它们的光学性质主要表现为散射太阳辐射，在大气层顶产生负的辐射强迫；
• 硫酸盐气溶胶具有强的散射性，在大气顶产生明显的负辐射强迫。在全天条件下，硫酸盐
气溶胶的直接辐射强迫几乎覆盖了30°－ 60°N的区城，最大强迫出现在东亚和北美，最
RFatm表示由于气溶胶存在而净增加的能量，如果其为正值，则气溶胶产生净增加辐射通量，
使得大气增温，反之表示净损失而导致大气的冷却降温。由此引起的大气加热作用可以用辐
射加热率来表示，即：
∆
g表示重力加速度，∆为气压差。
4
例题：已知条件如图所示，求气溶胶辐射强迫值(W/m2).
394
1 Rs r
2
atm
2
R p （1-Ac）Tatm
(r
因大气、云和气溶胶的共同作用下，行星反照率为：
R p （1-Ac） T
t 2 Rs
[( r
) Rs ]
1 Rs r
S 为太阳常数， S 则表示大气层顶部
的全球平均入射太阳辐射通量，T 是
意味着
气溶胶上层大气的透过率，T
种扰动，使得地球气候系统辐射能量收支发生变化，这个变化
的辐射通量称为辐射强迫。通常用一段时间内平均的、单位面
积上变化的辐射通量表示（单位为Wm-2）。
RF F F
1
2、瞬时辐射强迫IRF、调整后的辐射强迫ARF、有效辐射强迫ERF
瞬时辐射强迫指在保持地表和大气状态不变的情况下，因外部强迫的引入
② 全天候条件下的黑碳气溶胶，其正辐射强迫范围和辐射强迫值明显大于晴空条
气溶胶变化对大气辐射强迫的影响研究
气溶胶变化对大气辐射强迫的影响研究随着人类活动的增加和工业化进程的发展，大气中的气溶胶排放量也在不断增加。
气溶胶作为大气污染物之一，其对大气辐射强迫的影响备受关注。
那么，气溶胶变化对大气辐射强迫的影响是什么样的呢？本文将从气溶胶的定义、形成原因、组成成分、作用机制等方面，探讨气溶胶变化对大气辐射强迫的影响。
一、气溶胶的定义及形成原因气溶胶是指在大气中悬浮的微小粒子，可分为自然气溶胶和人为气溶胶两类。
自然气溶胶主要来源于大气中的生物、火山喷发、沙尘暴等自然现象，而人为气溶胶则主要来源于工业污染、交通尾气、燃烧排放、农业活动等人类活动。
二、气溶胶的组成成分气溶胶的组成成分非常复杂，主要包括硫酸盐、硝酸盐、铵盐、有机物质、黑碳等。
其中，硫酸盐、硝酸盐、铵盐是气溶胶中非常普遍的成分，其产生的主要原因是大气中混合气体和粒子之间的混合反应。
有机物质则主要来自于生物质燃烧和人类活动所排放的有机物质。
黑碳是指一种炭黑物质，其来源包括车辆尾气、燃煤和生物燃烧等。
三、气溶胶的作用机制气溶胶会对大气的辐射平衡产生重要影响。
气溶胶可散射、吸收和反射来自太阳和地球表面的辐射。
散射是指光线经过大气中的气溶胶时，由于气溶胶的直径比光波长小很多，导致光线的走向被改变，从而形成散射现象。
气溶胶的散射作用可以将地球表面反射上来的辐射散射回去，从而导致大气辐射平衡的变化。
吸收和反射则是指气溶胶在吸收或反射能量时，对大气辐射平衡的影响。
四、气溶胶变化对大气辐射强迫的影响气溶胶的变化对大气辐射平衡会产生显著影响。
当气溶胶浓度增加时，其对散射作用的贡献也会随之增加，从而导致大气辐射平衡向冷面倾斜。
相反，当气溶胶浓度减少时，大气辐射平衡会向暖面倾斜。
然而，气溶胶的影响并不是单一的，它可以与云、水汽一起影响大气辐射平衡。
云和水汽的存在会改变气溶胶的散射和吸收作用，从而影响大气辐射平衡。
因此，准确地评估气溶胶变化对大气辐射强迫的影响需要考虑多个因素的综合作用。
大气黑碳与气溶胶特性的相关性分析
大气黑碳与气溶胶特性的相关性分析近年来，随着全球气候变化问题日益凸显，对大气污染物的研究变得愈发重要。
其中，大气黑碳和气溶胶两者的相互关系备受科学界的关注。
本文将就大气黑碳与气溶胶特性之间的相关性进行分析。
首先，我们来了解一下大气黑碳和气溶胶的定义及特性。
大气黑碳是指一种细小而具有吸光性质的颗粒物质，主要由燃烧过程中生成的不完全燃烧产物所组成。
而气溶胶则是悬浮在空气中的微小颗粒物，通常由固体或液体颗粒组成。
气溶胶的成分及来源多种多样，包括尘土、海盐、有机物以及气候变化中的影响因素等。
大气黑碳和气溶胶之间的关系可以从多个方面进行分析。
首先，它们在大气中的输送情况存在一定的相互作用。
大气黑碳能够吸附在气溶胶表面，从而影响气溶胶的物理和化学特性。
此外，气溶胶中的一些成分也会在大气黑碳的存在下发生变化，进而影响到气溶胶的形成和组成。
因此，了解大气黑碳和气溶胶之间的相互关系对于准确评估大气污染及气候变化的影响具有重要意义。
其次，大气黑碳和气溶胶对气候变化的效应存在一定的相关性。
大气黑碳具有强烈的吸光特性，能够吸收太阳辐射并转化为热能，从而影响地球能量平衡。
而气溶胶则对太阳辐射的反射和散射起到重要作用，影响大气中的辐射传输过程。
因此，大气黑碳和气溶胶的同时存在会增加大气中的吸收和散射作用，从而对气候变化产生一定的影响。
此外，大气黑碳和气溶胶还对空气质量和健康产生一定的影响。
大气黑碳作为一种颗粒物质，能够对空气质量产生直接影响，引发或加剧雾霾等污染现象。
而气溶胶中的一些成分和粒径分布也与空气质量密切相关。
因此，深入了解大气黑碳和气溶胶的相关特性，有助于制定和改进空气质量监测和管理措施，保护人民的健康。
最后，需要指出的是，大气黑碳和气溶胶的相关性研究仍然面临一些挑战和不确定性。
首先，气溶胶的来源众多且复杂，其中大气黑碳的贡献相对较小，难以准确把握。
其次，大气黑碳和气溶胶的时空分布存在一定的不均匀性，需要更多的观测数据和模型研究来揭示其分布规律。
大气气溶胶对辐射强迫作用研究
大气气溶胶对辐射强迫作用研究近年来，大气气溶胶对气候变化的影响成为了科学界研究的重要课题。
大气气溶胶是指在大气中悬浮的微小粒子，其来源包括人类活动和自然源，例如燃烧排放物、沙尘暴、火山喷发等。
这些微小粒子的存在不仅对空气质量和人体健康产生直接的影响，还对大气辐射传输产生了复杂的影响。
辐射强迫是指气溶胶对地球辐射收支的影响量。
大气气溶胶能够散射、吸收和反射太阳辐射，进而改变大气实际辐射向地表的传输。
此外，它们还能够干扰地球辐射向外层空间的辐射传输。
因此，对大气气溶胶的辐射强迫作用的研究不仅对于气候模型的精确参数化具有重要意义，也有助于我们更好地了解全球气候变化的机制。
辐射强迫的研究需要从不同颗粒物的物理特性入手。
气溶胶的主要成分是硫酸盐和有机质，它们对辐射的吸收和散射有着不同的贡献。
硫酸盐是一种典型的散射剂，能够有效地将太阳辐射散射回太空；而有机质则对红外辐射和可见光吸收较强，能够将部分辐射转换为热能并带来温室效应。
此外，气溶胶的光学特性还受到粒子尺寸、体积浓度和复杂的呈现形态的影响。
为了研究气溶胶对辐射强迫的作用，科学家们进行了大量的实验和模拟研究。
他们使用精密的仪器和颗粒物模型，测量并模拟了不同气溶胶在大气中的特性。
其中，气溶胶的光学特性是研究的焦点。
通过实验和数值模拟，科学家们得出了一系列有关气溶胶对不同波长辐射的散射和吸收特性的数据，进一步推导出气溶胶辐射强迫的算法和参数。
辐射强迫研究的结果提示我们，大气气溶胶在气候变化过程中作用重要且复杂。
它们的存在可以减少太阳辐射的到达地表，从而对全球气候产生冷却效应；同时，它们还可以增加大气中的云量和云粒子的分布，从而影响到云的反照率和热力学性质。
这些变化将导致局部和全球尺度上的气温和降水的改变，进一步影响地球的气候系统。
然而，值得注意的是，目前对气溶胶辐射强迫的研究仍然存在一定的不确定性。
首先，气溶胶的成分和复杂的相互作用使得其辐射特性难以精确把握，需要更多的实验和观测数据来验证和调整现有的模型。
气溶胶的影响
气溶胶的影响气候：气溶胶粒子能够从两方面影响天气和气候。
一方面可以将太阳光反射到太空中，从而冷却大气，并会使大气的能见度变坏；另一方面却能通过微粒散射，漫射和吸收一部分太阳辐射，减少地面长波辐射的外逸，使大气升温。
气候变化受到气候系统内部可变化性和外部因子（包括自然因素和人类活动）的共同影响，气溶胶的福幅射强迫效应是其中重要的外部银子之一，但目前对气溶胶气候效应的科学理解水平还相当低。
最近Menon等利用美国GISS气候数值模式得到的模拟结果表明黑炭气溶胶吸收短波辐射，从而产生大气异常加热的直接影响，这种加热引起东亚中部大气的上升运动和南北两侧弃团的下沉，造成了我国东部地区夏季降水“南多北少”的变化趋势。
Xu的工作却指出我国夏季“南涝北旱”的原因是工业排放的硫酸盐气溶胶显著减少了太阳辐射，陆地气温降低，使海陆温差减小，夏季风偏弱，进而造成我国夏季雨带位置偏南，气溶胶的气候效应仍是一个存在较大争议的额科学问题。
东亚是全球硫化物排放较多的地区之一，今年来伴随着经济的高速增长有更多的含硫气体排入大气中，大量生成的硫酸盐气溶胶除了使环境恶化外，还可能对该区域气候造成一定影响，Li等认为中国四川盆地近40年来气温的变冷趋势可能与这一地区硫酸盐气溶胶含量的增加有关。
Qian等利用一个简单的硫酸盐气溶胶辐射模式与区域气候模式（RegCM）耦合，模拟了东亚区域硫酸盐气溶胶的辐射强迫气候效应，发现硫酸盐气溶胶的直接，间接，辐射强迫对屈原气候都有影响，其中间接辐射强迫的作用较大。
……中国东南部气溶胶增加将导致日照时数减少和日照强度降低，进而使夏季这一地区的最高气温降低。
上述研究表明，城市工业发展使大量的工业废气排放至城市大气中，不仅严重地污染了大气环境，而且使空气浑浊度增大，特别是大气中的气溶胶大量增加，其直接和间接的辐射强迫将使得城市太阳辐射强度减弱，进而可能对区域气候产生影响。
导致全球变冷的主要因子使大气气溶胶。
黑碳气溶胶气候效应研究进展.
黑碳气溶胶气候效应研究进展摘要黑碳是目前在全球变化研究中备受关注的焦点问题之一。
本文介绍了国内外黑碳气溶胶和沉积物黑碳的研究现状，在黑碳气溶胶方面，重点归纳了其在气候效应方面的作用：黑碳气溶胶吸收太阳辐射，在大气顶产生正辐射强迫，在地表产生负辐射强迫，被认为是导致温室效应仅次于二氧化碳的第二大成分。
黑碳气溶胶既可以通过直接气候效应改变地-气系统的辐射平衡，又可以作为云凝结核或冰核改变云的微物理特性，间接影响区域或全球气候。
对黑碳气溶胶的辐射强迫及其气候效应的研究现状进行总结和分析后，指出了目前黑碳气溶胶气候效应研究中存在的不确定性，并对未来的相关研究提出了一些建议。
关键词：黑碳气溶胶；辐射强迫；气候效应AbstractBlack carbon (BC) is an attentive research topic in the field of global change. In this paper, the recent research on black carbon aerosol ans sediment black carbon is reviewed. As we know, black carbon aerosol plays an important role in climate change and has become the second important component in green house effect. The top-of-the atmosphere (TOA) forcing is positive and the surface forcing is negative due to black carbon absorbing solar radiation. Black carbon aerosol can strongly absorb the solar radiation in a very broad spectral range from the visible to infrared waveband, therefore it is thought to be a potential factor that causes the global warming. BC aerosol not only alters the radiation equilibrium of the earth-atmosphere system through its direct effect, but also indirectly affects the global or regional climate through changing cloud microphysical properties by acting as cloud condensation nuclei or ice nuclei. In this paper, we reviewed the recent progresses in the studies on the radiative forcing due to BC and its climatic effects, reported the uncertainties existing in current researches, and gave some suggestions for the relevant studies in the future.Key words : black carbon aerosol; radiative forcing; climate effect1 引言黑碳（black carbon, BC）气溶胶是大气气溶胶一种重要的组成成分，主要是含碳物质不完全燃烧产生的不定型碳质。
典型种类气溶胶的辐射强迫及其气候效应的模拟研究
典型种类气溶胶的辐射强迫及其气候效应的模拟研究气溶胶是指悬浮在大气中的微小颗粒物质,包括水分子凝华而成的水珠和空气中的灰尘、花粉等。
近年来,随着人类活动的影响不断扩大,气溶胶产生的辐射强迫也逐渐成为气象学领域的研究热点之一。
辐射强迫是指气溶胶中的放射性物质通过与大气中的水汽结合、运动和蒸发等过程,对大气中的温度、湿度、气压等气象参数产生影响的一种现象。
在气象学中,辐射强迫通常被用作天气预报和气候变化的监测和分析工具。
气溶胶中的辐射强迫受到多种因素的影响,如气溶胶中放射性物质的放射性活度、气溶胶的来源和分布等。
一般来说,气溶胶中的放射性物质含量较高时,其辐射强迫也会增强。
此外,气溶胶中的放射性物质还可以通过与大气中的水汽结合,形成放射性气溶胶颗粒,进一步加重辐射强迫的效果。
针对典型的气溶胶种类,例如水分子凝结而成的水珠和气溶胶颗粒等,可以通过模拟研究的方式来探究其辐射强迫及其气候效应。
具体而言,可以采用数值模拟方法,建立气溶胶辐射强迫与气候模型之间的联系,以探究不同气溶胶类型对气候参数的影响。
通过模拟研究,可以发现不同类型的气溶胶对气候参数的影响程度不同。
例如,气溶胶颗粒对气候参数的不利影响较为严重,而水分子凝结而成的水珠则对气候参数的不利影响较小。
此外,不同类型的气溶胶还可能对大气中的辐射传输产生影响,从而对气候产生影响。
除了数值模拟方法外,还可以通过实验研究的方式来探究不同类型的气溶胶对气候的影响。
例如,可以通过收集气溶胶样本,对其进行放射性检测,并测量其对气候参数的影响,从而进一步深入研究气溶胶辐射强迫及其气候效应。
气溶胶的辐射强迫及其气候效应是气象学研究的重要课题,对于天气预报和气候变化的监测和分析具有重要的指导意义。
未来,应进一步研究不同类型的气溶胶对气候的影响,为气象学及相关领域的发展做出更大的贡献。
雪冰中黑碳的研究进展
Ｏ ｉ ０ ３ ２ ／ Ｐ Ｊ１ ０ ．０ ２ ０ ０ ４ ｏ： ７ ４ Ｓ ． ．２ １２ １ ．２４ １
雪 冰 中 黑 碳 的 研 究 进 展
刘 昌明 ， 党素 珍 王 中根 王 书功。 ， ，
（． １北京师范大学 水科学研究 院， 北京 １０ ７ ； ０ ８ ５ ２ 中国科学 院 地理科学与资源研究所 ， ． 北京 １０ ０ ；． ０ １ １ ３ 匹兹堡大学 ， 匹兹 堡 宾夕法尼 亚州 ，５ ６ ） １ ２ １
摘要 ： 黑碳气溶胶是大气气溶胶 的一种重要成分 ， 降在雪 冰中可减小雪冰表面 的反照率 ， 沉 影响雪 冰的融化过 程 ， 导 致全球和 区域气候变化 。黑碳气溶胶沉降在雪冰中产生的辐射强迫 效应值得关 注 。中国是黑碳气溶 胶排放 大 国， 雪冰黑碳的 问题值得关注 。现简要介绍雪冰中黑碳 研究 的意义 ， 重综述雪 冰中黑碳 的来源 ， 着 历史环 境记录 ， 现有
ｄ ｃｅ ｓ ｈ ｅｌｃｉｉ ｆｔｅｓ ｒａ ｅｏ ｎ ｗ ｎ ｅ Ａｓａｒｓ ｌ。ｔ ａ ｆｅ ｔｔｅｍｅｔｎ ｒ ｃ ｓ ｆｓ ｏ ａ ｄ ｉｅ ａ ｄｌａ ｏ ｅ ｒａ ｅｔｅｒ ｆ ｔ ｔ ｏ ｈ ｕ ｆｃ ｆｓ ｏ ａ ｄｉ ． ｅ ｕｔｉ ｃ ｎａｆｃ ｈ ｌ ｇ ｐ ｏ ｅｓｏ ｎ ｗ ｎ ，ｎ ｃｄ ｔ ｅ ｖ ｙ ｃ ｉ ｃ ｔ ｅｐ ｔｎ ｉｌ ｌｂ ｌ ｎ ｅ ｉｎ ｌｃｉ ｔ ｈ ｎ ｅ Ｉ ｄ ｉ ｏ ｔ ｅｒｄａｉｅｆ ｒｉｇ ｅｆｃｓｏ ｌｃ ａ ｂ ｎ ｉ ｎ ｗ ｎ ｃ ｒ ｆ ｈ ｏ ｅ ｔ ｏ ａ ｄｒｇｏ ａ ｌ ａｇ ａ ｍａｅｃ ａ ｇ ．ｎ ａ ｄｔ ｎ，ｈ ａ ｉｔ ｏ ｃｎ ｆｅ ｔ ｆｂａ ｋ ｃ ｒ ｏ ｎ ｓ ｏ ａ ｄ ｉｅａ ｅｏ ｉ ｖ
大气气溶胶辐射强迫及气候效应的研究现状
大气气溶胶辐射强迫及气候效应的研究现状大气气溶胶是指悬浮在大气中的各种颗粒物，包括自然来源和人为来源。
这些颗粒物对地球的气候有着重要的影响，因为它们可以吸收和散射太阳辐射，进而影响地球表面的温度和气候。
近年来，大气气溶胶辐射强迫及气候效应的研究取得了显著的进展。
首先，关于气溶胶的辐射强迫效应，已有大量的研究通过各种手段对气溶胶第一间接辐射强迫进行了定量评估。
然而，基于数值模拟和卫星观测的RFaci之间仍存在巨大差异。
卫星观测估算的RFaci通常介于-0.2瓦特每平方米至-0.6瓦特每平方米之间，而模式模拟的RFaci 在-0.3瓦特每平方米到-1.8瓦特每平方米之间，强度远大于前者。
这表明我们仍需要进一步研究和理解气溶胶的辐射强迫效应。
其次，人为活动对大气气溶胶的影响日益明显。
工业活动、农业活动和能源消耗等人类活动源源不断地向大气中排放颗粒物，这些颗粒物会吸收和散射太阳辐射，导致地表温度上升或下降，从而影响气候。
近年来，科学家们正在努力研究这些人为活动对大气气溶胶的影响及其对气候的影响。
此外，由于气溶胶的直接和间接辐射强迫效应，它们对区域和全球气候变化有着显著的影响。
例如，黑碳气溶胶可以吸收太阳的短波辐射并加热大气，同时也可以通过云-气溶胶相互作用影响云的形成和演变。
这些影响在全球范围内产生显著的气候效应，包括温度变化、降水分布变化和极端气候事件频率的变化等。
然而，尽管我们已经知道气溶胶对气候有着重要的影响，但是对其具体的作用机制和影响程度的理解仍然有限。
这主要是因为气溶胶在大气中的分布和变化具有很大的空间和时间尺度，同时它们与云、降水等气候系统的相互作用也非常复杂。
因此，需要进一步的研究来理解这些复杂的相互作用和反馈过程。
总的来说，大气气溶胶辐射强迫及气候效应的研究仍然是一个活跃且重要的领域。
我们需要进一步的研究来理解气溶胶对气候的影响机制和影响程度，以帮助我们更好地预测和理解全球和区域的气候变化。
黑碳气溶胶
鉴于黑碳在上述各个方面的重要影响, 采取积极措 施, 研究我国城市与乡村黑碳气溶胶的特征和变化规律是 非常迫切和必要的。它将有助于我们解决上述中的关键问 题, 了解黑碳气溶胶的现状、基本特征以及变化规律, 为制 定政策以控制因黑碳气溶胶引起的全球变暖、区域气候、 环境污染等负面影响提供客观、科学的依据。特别是, 目 前在黑碳气溶胶研究中存在着相当大的不确定性, 更为关 键的是, 黑碳气溶胶的辐射特性与其来源、区域特点等密 切相关, 燃料结构燃煤、燃油、生物燃料等以及比例、燃 烧技术决定燃烧是否充分、高效等也将直接影响黑碳气溶 胶的排放量和理化特性, 因此, 准确了解我国黑碳气溶胶的 各种特性以及排放量, 对于科学、客观地了解和评价中国 区域黑碳气溶胶的辐射强迫效果、黑碳气溶胶在区域气候 以及全球变化中的作用,无疑将具有最直接的意义和研究 价值。
“ 怎样把黑碳气溶胶考虑进气 候变化的全球协议？”， 这也 是一个关键的问题。 在评价黑碳气溶胶的辐射 强迫效应时, 还有一个重要的问 题有待解决, 即实际大气中黑碳 气溶胶与其它气溶胶是怎样混 合的？混合方式如何？是内部 混合还是外部混合？它们的混 合比是多少？
讨论 燃烧排放的黑碳和有机碳颗粒可以增加环境中细粒子物质 （PM2.5）的浓度, 它们与太阳光的相互作用可以影响气候变化过程。 基于气候强迫和健康方面的考虑, 对于黑碳和有机碳的排放源、排放 清单、影响因子等的准确确定将具有非常重要的意义。 虽然目前在黑碳排放的评价上还很不准确，但是, 在相关的评价方法 和测量技术等方面的改进、提高都是非常必要的。同时, 最为关键的 是要通过多方面的努力尽量减少黑碳气溶胶的不确定因素, 包括排放 源、排放量、物理化学特性、辐射效果等。因此, 针对某一地区和全 球而言, 发展比较合理、准确、标准化的黑碳气溶胶测量方法和描述 方法已相当迫切。只有获得各个国家和地区比较准确的黑碳排放量 实测数据, 获得具有区域特点的黑碳气溶胶的各种特性, 才有可能比 较准确地评价黑碳气溶胶的各种影响和效果, 得到对各个国家和地区 乃至全球因黑碳气溶胶引起的全球变暖 黑碳气溶胶的排放与全球 变暖之间的关系, 黑碳气溶胶的气候效果等尚需进一步的实验和理论 验证, 但鉴于黑碳气溶胶在大气环境、人类健康等方面的“ 不良”影 响, 采取紧急措施, 减少并控制其排放是毋庸质疑的。
气溶胶的辐射强迫效应
气溶胶的辐射强迫效应1. 什么是气溶胶？气溶胶，这个词听起来是不是有点高大上？别担心，简单来说，它就是空气中漂浮的微小颗粒物。
想象一下，阳光透过窗帘洒在你家里的时候，那些小小的灰尘在阳光下跳舞，实际上就是气溶胶的一种表现。
气溶胶可以是自然界的产物，比如海洋中的盐粒、火山爆发时的灰烬，当然也有很多是人类活动造成的，比如汽车排放的污染物。
总之，气溶胶就像是空气中的“隐形小伙伴”，虽然看不见，但它们的存在可不是开玩笑的！1.1 气溶胶的来源气溶胶的来源多种多样，咱们来细数一下。
首先，植物在生长过程中释放的挥发性有机化合物，可以转化为气溶胶。
其次，火灾和沙尘暴也会大量产生气溶胶，仿佛大自然在给我们上演一场视觉盛宴。
另外，工业活动和汽车排放的废气也是气溶胶的重要来源。
简单来说，气溶胶就像是空气中的调味料，让我们的环境变得丰富多彩，但有时候也会让人捂住鼻子。
1.2 气溶胶的种类气溶胶可不是单一的角色，它们可以分为很多种类。
比如，液态气溶胶和固态气溶胶。
液态气溶胶就像小水滴，而固态气溶胶则更像小小的灰尘。
还有一种叫“烟雾”的气溶胶，特别在雾霾天气里让人苦不堪言。
每一种气溶胶都有它独特的“性格”，有的温柔，有的却可能让你头疼不已。
2. 气溶胶的辐射强迫效应那么，气溶胶与气候又有什么关系呢？这就要提到一个词：“辐射强迫效应”。
听起来复杂，但其实是指气溶胶对地球辐射平衡的影响。
气溶胶能够反射和吸收太阳光，这就像是在给地球穿上了一层“防晒霜”。
有些气溶胶能把阳光反射回太空，降低地球表面的温度，而有些则吸收热量，让地球变得更加温暖。
就好像你在夏天选择穿短袖还是长袖，决定了你是想要凉快还是保暖。
2.1 反射效应气溶胶的反射效应可真是个“保护神”。
它们把太阳光反射回去，减少了地球吸收的热量，这样一来，全球变暖的速度就会减缓。
这就像是给炎热的夏天开了一扇窗，让清风进来，真的能让人舒爽。
不过，这种效果并不是长期的，毕竟气溶胶在空气中停留的时间有限，过不了多久，阳光又会“直冲”而来。
典型种类气溶胶的辐射强迫及其气候效应的模拟研究
典型种类气溶胶的辐射强迫及其气候效应的模拟研究本文旨在研究气溶胶对辐射强迫及气候效应的模拟，通过对典型种类气溶胶的分析，探讨影响气溶胶辐射强迫的因素及其对气候的影响。
首先，气溶胶的种类和成分是影响其辐射强迫和气候效应的关键因素。
高反射率(高albedo)的云和地表是均衡地球辐射收支的重要组成部分，而气溶胶的存在会对它们的反照率产生直接的或间接的影响。
例如，硫酸盐气溶胶对反照率的直接影响是由于其高散射率和低吸收率，它可以增加云和地表的反照率，从而引起负的辐射强迫。
相比之下，黑碳和有机碳气溶胶对反照率的间接影响是由于其吸收大气和云的热辐射，从而增加云底和地表的大气层温度，进而引起正的辐射强迫。
其次，气溶胶的浓度和分布也是影响其辐射强迫和气候效应的因素。
大气中气溶胶的浓度和分布是由其来源、输送和湍流扩散等多种因素决定的。
例如，能源消耗和工业生产过程中排放的气体和颗粒物是气溶胶的主要来源之一，它们可以通过大气传输和沉降来影响气溶胶的浓度和分布。
输入模型的气溶胶浓度和分布数据对其辐射强迫和气候效应的模拟精度和准确性具有重要影响。
最后，气溶胶的气候效应是一个多方面的问题，需要多种方法来探讨。
例如，全球气候模型可以用于研究气溶胶对全球气温和降水的影响，而区域气候模型可以用于研究气溶胶对局地气温和降水的影响。
同时，遥感技术、气象观测和垂直探空等方法可以用于研究气溶胶的垂直分布和光学性质，以及对大气光学参数的影
响。
综上所述，典型种类气溶胶的辐射强迫及其气候效应的模拟研究需要深入探讨气溶胶的种类和成分、浓度和分布等因素，引入多种方法和技术进行建模和模拟，以便更准确地评估气溶胶对气候的影响。
黑碳气溶胶的辐射强迫
黑碳的地面辐射强迫
• 气溶胶的总地面辐射强迫 （BC+Non-BC）为-4.4w/m2， 使得地表变暗。
• 一些地区变暗的幅度达到 5%-10% • 陆面比海面变暗程度明显
Chung et al J. Geophys. Res 2005
黑碳的地面增温效应
大气褐云的大气辐射强迫
• 3月4-16号（时间段1），气溶 胶主要集中在边界层内。 • 9-29号（时间段2）观测到1km 高度以上来自南亚的传输。 • 时间段2观测到1km以上气溶胶 吸收系数增加了10倍，而边界 层内气溶胶的数量与时间段1 近似相等。 • 时间段2与1相比，AOD（柱平 均吸收和散射光深）增加0.2， AODabs（可见光吸收光深）增 加0.02，导致H（日间平均升 温速率）增加50%。
• 尽管黑碳气溶胶导致地面变 暗，但由于它的大气层顶辐 射强迫为正，最终可能会导 致地面升温。
• 一些区域，地面和大气的辐 射对流耦合强，黑碳自身会 导致地面和大气升温，而大 气褐云会导致二者减温。
模拟得到的南亚区域由GHG和BC导致的大气温度变化 Chung, S. H. & Seinfeld, J. H. J. Geophys. Res 2005
• 由无数亚微米气溶胶组成，包括黑碳、硫酸盐、硝酸盐、粉煤灰等。 • 长波吸收弱，短波吸收强，因此呈褐色。 • 单粒子质谱观测显示黑碳与硫酸盐、硝酸盐、沙尘等混合。
黑碳的大气层顶辐射强迫
• 黑碳主要通过以下三种途径增加大气 层顶辐射强迫： 1、吸收被地表-大气-云层反射的辐射， 减少行星反照率 2、沉降在雪和海冰表面上降低地表反 照率 3、进入云滴或冰晶内部，降低云反照 率 • 黑碳的大气层顶辐射强迫0.9W/m2， 大概是CO2的55% • 气溶胶的总辐射强迫（BC+Non-BC） 抵消了50%（+-25%）的温室气体辐 射强迫
黑碳和沙尘气溶胶光学特性及全球辐射强迫的模拟研究的开题报告
黑碳和沙尘气溶胶光学特性及全球辐射强迫的模拟
研究的开题报告
一、研究背景
空气中的黑碳和沙尘气溶胶是大气科学中的热点问题，同时也是目
前全球气候变化研究的重要方向之一。
黑碳和沙尘气溶胶对大气辐射平
衡和气候变化具有较大的影响，且这两种气溶胶的特性和作用机制也存
在不同。
黑碳是指由不完全燃烧有机物质所生成的颗粒物，它具有吸收光线
的特性，能够吸收太阳辐射并在大气中造成加温作用，同时也会吸收地
球发射的红外辐射，导致大气层中的温度上升。
沙尘气溶胶则是由沙尘、火山灰等天然因素引起的漂浮在大气中的颗粒物，它们散射光线的特性
会导致地球表面反射太阳辐射的能力下降，进而对大气辐射平衡产生影响。
二、研究内容和方法
本研究主要针对黑碳和沙尘气溶胶的光学特性和全球辐射强迫进行
模拟研究。
具体研究内容包括：
1. 建立黑碳和沙尘气溶胶的光学特性模型，计算其对太阳辐射的吸收、散射和透射等光学特性指标。
2. 基于地球辐射平衡模型，模拟黑碳和沙尘气溶胶对太阳辐射和地
球辐射的影响，分析它们对大气辐射平衡的影响。
3. 通过模拟分析，进一步研究黑碳和沙尘气溶胶的全球辐射强迫作用，评估它们对全球气候变化的贡献。
本研究将采用数值模拟和理论分析相结合的方法，利用已有的气溶
胶和辐射模拟系统，结合实测数据和遥感资料进行分析。
三、预期目标和意义
本研究旨在深入研究黑碳和沙尘气溶胶对大气辐射平衡和全球气候变化的影响机制，为进一步探究气溶胶在气候变化中的作用提供理论依据和实验数据。
同时，本研究结果还具有重要的应用价值，可为全球气候变化预测和环境保护政策制定提供参考。
气溶胶辐射强迫理解
浅谈气溶胶辐射强迫气候变化由地一气系统的辐射平衡状况决定。
气候可以因太阳短波辐射及地一气系统长波辐射的变化而变化。
如气候系统处于平衡态，则其吸收的太阳短波辐射等于地一气系统向外发射的长波红外辐射，任何对这种平衡的扰动并因此使气候发生变化的因子均被称之为辐射强迫因子。
地—气系统的辐射强迫因子主要指入射太阳辐射以及大气中的温室气体、臭氧、云和气溶胶等。
气溶胶是由大气介质和混合于其中的固体或液体颗粒物组成的体系。
大气气溶胶定义为那些悬浮在大气中直径为10-3—10um的微粒。
气溶胶种类较多，一般将其分为自然源和人为源两类。
自然源气溶胶(如沙尘、海盐粒子和海洋硫酸盐化合物等)在大气中的含量、分布和光学特性在一个较长的时间段内可以近似看做不变；火山爆发产生的气溶胶也不会有长期的效应。
对气候变化或气候强迫的研究而言，可以忽略这类气溶胶的影响。
而人为源气溶胶，如化石燃料燃烧产生的硫酸盐化合物以及石油燃烧产生的烟尘、沙漠化形成的土壤尘埃和生物体燃烧产生的烟雾等等，自工业革命以来在大气中的含量持续增加，尤其是本世纪50年代以来增长更加迅猛。
因此，人为气溶胶辐射强迫对气候变化的影响是不容忽视的。
大气气溶胶由不同相态物体组成，虽然其含量很少，但对大气中发生的许多物理化学过程都有重要的影响。
大气气溶胶对气候的辐射影响可分为直接和间接两部分。
气溶胶粒子吸收和散射太阳辐射，从而直接改变地—气系统的能量收支，影响气候变化；气溶胶粒子还可以作为云的凝结核(CC:N)改变云的光学特性和生命期，而间接地影响气候。
此外，它还参于臭氧的非均相反应，影响臭氧平衡，间接地影响地气系统的能量收支。
但对这两方面影响的研究仍存着不少困难：（1）对于气溶胶直接辐射强迫及气候响应的研究，一方面，由于气溶胶特性及含量的时、空分布，在目前和不远的将来还无法较为准确地在全球范围由模式计算得到，使得难以准确地估计直接辐射强迫的大小和分布；另一方面，由于辐射强迫引起的温度变化可以使气候系统产生反馈，这又会加强直接辐射强迫的程度，并使其分布也发生变化。
气溶胶黑碳的垂直分布
气溶胶黑碳的垂直分布
气溶胶黑碳（Black Carbon Aerosol，简称BC）的垂直分布受多种因素影响，其中包括气溶胶生成源头的高度、大气湍流混合、降水清除过程、大气稳定度、浮力效应以及大气化学反应等。
1. 靠近地面层：黑碳气溶胶主要来自于地面源，如车辆尾气、生物质燃烧和工业排放等，所以在近地面层，特别是在城市和工业密集区，黑碳气溶胶浓度相对较高。
2. 大气边界层：大气边界层是贴近地面且受地球表面摩擦影响较大的一层，大部分黑碳气溶胶在此区域内混合和分散。
由于大气湍流的作用，黑碳气溶胶在这一层次内的分布较为均匀。
3. 自由大气层：随着高度上升，大气湍流减弱，黑碳气溶胶的分布通常会减少。
然而，由于大气输送和上升气流（如对流层中的对流活动）的影响，部分黑碳气溶胶可以被输送到较高的大气层中。
4. 全球传输：部分黑碳气溶胶可被带到平流层，尤其是在极地地区，通过大气长距离输送和沉降过程，黑碳气溶胶可以在远离源区的地区乃至全球范围内分布，而且在高层大气中其寿命可能延长，对全球气候变化产生影响。
5. 垂直分布特征：在不同地理位置和气候条件下，黑碳气溶胶的垂直分布特征差异明显。
例如，在大陆地区的冬季，由于逆温层的存在，可能导致黑碳在近地面聚集；而在海洋或山区，由于风力和地形的影响，垂直分布可能会更加复杂。
为了准确描绘黑碳气溶胶的垂直分布特征，科学家通常采用飞机、火箭探空、卫星遥感等多种手段进行实地观测和数据收集，结合大气模型模拟分析，以全面了解其在全球气候系统中的作用和影响。
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黑碳的大气层顶辐射强迫
• 黑碳主要通过以下三种途径增加大气 层顶辐射强迫： 1、吸收被地表-大气-云层反射的辐射， 减少行星反照率 2、沉降在雪和海冰表面上降低地表反 照率 3、进入云滴或冰晶内部，降低云反照 率 • 黑碳的大气层顶辐射强迫0.9W/m2， 大概是CO2的55% • 气溶胶的总辐射强迫（BC+Non-BC） 抵消了50%（+-25%）的温室气体辐 射强迫
• 1. V. Ramanathan & G. Carmichael Global and regional climate changes due to black carbon Nature Geoscience 1, 221 - 227 (2008). • 2. Ramanathan, V. et al. Warming trends in Asia amplifi ed by brown cloud solar absorption. Nature 448, 575–578 (2007). • 3. Chung, C., Ramanathan, V., Kim, D., & Podgorny, I. A. Global anthropogenic aerosol direct forcing derived from satellite and ground-based observations. J. Geophys. Res. 110, doi:10.1029/2005JD006356 (2005).
大气褐云的大气辐射强迫
• 3月4-16号（时间段1），气溶 胶主要集中在边界层内。 • 9-29号（时间段2）观测到1km 高度以上来自南亚的传输。 • 时间段2观测到1km以上气溶胶 吸收系数增加了10倍，而边界 层内气溶胶的数量与时间段1 近似相等。 • 时间段2与1相比，AOD（柱平 均吸收和散射光深）增加0.2， AODabs（可见光吸收光深）增 加0.02，导致H（日间平均升 温速率）增加50%。
• 尽管黑碳气溶胶导致地面变 暗，但由于它的大气层顶辐 射强迫为正，最终可能会导 致地面升温。
• 一些区域，地面和大气的辐 射对流耦合强，黑碳自身会 导致地面和大气升温，而大 气褐云会导致二者减温。
模拟得到的南亚区域由GHG和BC导致的大气温度变化 Chung, S. H. & Seinfeld, J. H. J. Geophys. Res 2005
黑碳的辐射强迫效应
黑碳的来源
• 黑碳指的是烟尘的吸收性成分，主要包括元素碳和一些凝聚态的 有机碳。 • 室内来源：使用生物燃料（木材、粪肥、作物残余）烹饪 • 室外来源：化石燃料燃烧（柴油和煤炭），生物质燃烧（森林开 采、燃烧作物残余）
大气褐云 (Atmospheric Brown Clouds)
黑碳的大气辐射强迫
• 黑碳通过吸收反射辐射以及 直接吸收太阳辐射的方式， 显著提高近地面大气的辐射 吸收。 • 一些地区的辐射强迫超过 15w/m2 • 直接观测（无人机数据）
Chung et al J. Geophys. Res 2005 2001至2003年期间， Chung 等人通过结合卫星气溶胶数据，地面气 溶胶观测数据，气溶胶化学传输模型，辐射传输模型的结果，得到 的黑碳大气辐射强迫。单位W/m2（不确定性 +-30%）
Ramanathan et al Nature 2007
Hale Waihona Puke 黑碳的地面辐射强迫• 气溶胶的总地面辐射强迫 （BC+Non-BC）为-4.4w/m2， 使得地表变暗。
• 一些地区变暗的幅度达到 5%-10% • 陆面比海面变暗程度明显
Chung et al J. Geophys. Res 2005
黑碳的地面增温效应
黑碳的辐射强迫特点
• 与硫酸盐、硝酸盐、沙尘等混合，通过大气褐云作用于气候系统。 • 增加大气层顶的辐射通量，改变地面与大气的辐射分布。 • 气候升温效应很强，对全球变暖的作用仅次于CO2。 • 尽管黑碳地面辐射强迫为负，在对流较强的区域仍会导致地面升 温。 • 黑碳辐射强迫的不确定性很大
参考文献