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目 录

1 引言 5

2 观测实验 6

2.1 ACTIVE实验介绍 6

2.2 仪器介绍 7

3 结果分析 7

3.1 BC的垂直分布 7

3.2 云内外BC的差异 10

4 小结 19

参考文献 19

致谢 21

ACTIVE试验期间黑碳气溶胶的垂直分布特征分析

邹艳峰

,China

Abstract: The vertical distribution of black carbon aerosols affects the climatic effects of black carbon aerosols. In this paper, the vertical distribution characteristics of black carbon aerosol concentration were analyzed in the early monsoon and monsoon periods using the black carbon aerosol concentration data measured by the single particle soot ash photometer (SP2) on the aircraft Egrett during the ACTIVE test. And the distribution of black carbon aerosols inside and outside the troposphere. The results show that for the case of the early monsoon, the black carbon aerosol particles gradually decrease with the increase of the height, and the black carbon aerosol particles are mostly distributed in the clouds, and the clouds are much larger than the clouds; for the monsoon case The black carbon aerosol particles increase with height, and the black carbon aerosol particles are mostly distributed outside the cloud. There are only a few aerosol particles in the cloud. The analysis of the results of the combined trajectory model and the satellite fire map shows that the black carbon aerosol particles in the upper troposphere mainly originate from the local transport caused by deep convection in the early monsoon case, and are the main sources in the monsoon case. Long distance transport in Indonesia.

Key words: troposphere, black carbon aerosol, vertical distribution, SP2

1 引言

黑碳（BC）气溶胶是大气气溶胶的重要组成部分，主要是由富含碳的物质不完全燃烧产生的，比如化石原料和生物质原料燃烧等^[1-6]。在大气中，黑碳气溶胶的浓度非常低,在偏远地区和人口众多的城市中，它的浓度数量级在大气中分别为 10^-9g/m³ 和10^-6g/m³，并且在大气气溶胶中只占0.2%～ 1.0%^[1,3]。但它对气候和大气环境的影响却不容忽视。它能够通过直接吸收太阳短波辐射和红外辐射，影响地球大气系统的能量收支平衡，并较少对地面的辐射，直接影响气候；它也能与有机碳、硫酸盐等水溶性气溶胶结合，作为云凝结核或直接作为冰核直接参与到大气中云的微物理进程，从而转变云的微物理和辐射性质和云的寿命，间接影响气候系统。此外，处于云层中的黑碳气溶胶吸收太阳辐射，加热云层大气，从而直接导致云的蒸发、减少，这称为黑碳气溶胶的半直接效应^[2,6]。此外黑碳气溶胶可影响区域对流和大气环流，进而影响大气的温度和降水^[3]。而对于整个大气环境来说，气候的变化它不是单一的，它是多层次之间相互影响，相互关联。因此研究黑碳气溶胶的垂直分布特征，我们可以根据各个层次黑碳的分布情况来分析它对气候的影响，从而得到跟准确的结论。这对我们专研大气中气候的转变具有有非常重要的意义。

对于黑碳气溶胶垂直分布方面的研究，国内外学者通常采用场外观测或数值模拟两种方法。在场外观测方面：从气候变化研究角度出发,近20多年里做了大量的观测实验,如平流层及对流层上部的黑碳气溶胶观测等;20世纪90年代以后多次连续进行的大规模国际性气溶胶观测实验^[1,5]。在世界气象组织(WMO)全球大气监测( GAW)的各监测站也普遍开展本底大气黑碳气溶胶连续观测,并取得了大量的观测研究果^[1,5]。近期而言，2011年J.R.Spackman等学者研究了热带对流层顶层黑碳质量的季节性变化，指出了在中美洲的TTL中，平均BC质量负荷在湿季与旱季相比增加了6倍。根据对流影响后向轨迹分析表明，在潮湿季节TTL中增强的BC质量负荷可能是由于非洲生物质燃烧源沿着ITCZ对流夹带输送过来的^[7]。2012年PD Safai等人分析了印度南部城市地区的黑碳气溶胶垂直廓线，最终得出BC浓度通常随着高度的增加而降低，但在不同的中间高度观察到浓度升高的层。在7公里处，BC浓度通常为200-300 ng /m3，这个水平足以产生云微物理和辐射强迫后果。从观测到的大气稳定性特征可以看出，地面来源的垂直输送大大促进了观测到的不同海拔高度的BC浓度^[9]。2016年MT Chilinskia等人研究了波兰对流层低层黑碳浓度垂直变化，研究发现BC浓度垂直变化存在并且往往呈现出复杂的多层结构，并且每个获得的BC浓度都表明吸收多层结构形式的气溶胶^[8]。在数值模拟方面：在黑碳气溶胶直接辐射强迫的模式计算研究方面,已经由20世纪90年代初期的一维简单辐射模式发展到现在的三维全球模式,并且开始通过模式研究黑碳气溶胶在云中的间接辐射强迫效应^[5]。Jacobson的研究还表明^[12],对于某一时间段而言,减少黑碳和有机碳的排放比减少CO2和CH4的排放更能减慢全球变暖。Menon等^[13]利用全球气候模式(GISS)模拟中国和印度地区气溶胶的直接辐射强迫效果,认为吸收性气溶胶可以影响区域性气候^[5]。

在这次实验中，我们利用ACTIVE试验期间Egrett所携带SP2所获得的资料，结合GPS、气象要素以及云微物理观测资料，比较季风前期和季风期黑碳气溶胶的垂直分布特征。比较时还可能需要结合火点资料和后向轨迹模式资料。同时分析对流层上层卷云内外黑碳气溶胶浓度的分布差异。

2 观测实验

2.1 ACTIVE实验介绍

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