基于实际大气测量研究华北地区黑碳在多相地形云中的活化机理

批准号:
41875167
项目类别:
面上项目
资助金额:
68.0 万元
负责人:
刘丹彤
依托单位:
学科分类:
D0505.大气物理学
结题年份:
2022
批准年份:
2018
项目状态:
已结题
项目参与者:
赵德龙、袁琦、郭欣、吴苗苗、陈云波、张淑佳
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中文摘要
黑碳气溶胶是大气中直接吸收太阳辐射最为重要的成分。研究黑碳在云中的活化效率不仅是决定其大气寿命从而影响直接加热效应的关键,也对于研究黑碳在云中引起的间接效应(通过改变云物理结构)和半直接效应(减少云的覆盖面积以及降低反射率)具有基础性的科学意义。但是黑碳在云中的活化效率至今还缺乏真实大气环境中的实际测量结果。本项目基于华北平原受人为污染源影响且经常有地形云经过的海坨山高山站点的测量,将在冷暖两季利用单颗粒黑碳光度计和扫描电迁移率粒径谱仪通过精细设计的交替进样口同时采集云中和云外的颗粒物,以此来计算黑碳和其他颗粒物在云中的活化效率;并结合实地云物理探头的测量来鉴定云相态,得出黑碳在冰云和暖云中不同的活化机理。本项目的实验结果将为黑碳的湿沉降及其和云的相互作用机制提供实验依据和模型参数,验证黑碳对于云微观物理性质和降水的影响,并为2022年冬奥会人工影响天气作业提供一定的科学参考依据。
英文摘要
Black carbon (BC) is the most important aerosol in absorbing solar radiation. The BC is mainly removed by wet deposition and its removal efficiency is largely determined by its scavenging efficiency in cloud and subsequent precipitation. It is thus important to determine its lifetime in the atmosphere which determines its direct radiative forcing effect but also the indirect effect (by modifying the cloud microphysics) and semi-direct effect (by reducing the cloud cover or decreasing the cloud albedo). However there are still lack of results about the cloud scavenging efficiency of BC in real world. This project will perform experiments at an alpine station - Haituo Mountain in the North China Plain where there is significant anthropogenic influence, and orographic cloud is frequently formed by air parcel lifting. This project will simultaneously measure the particle in-cloud and out-of-cloud by using a dedicated designed sampling system combined with the online measurements of single particle soot photometer and scanning mobility particle sizer in cold and warm seasons, to derive the scavenging efficiency of BC and other aerosols; also combine the in-situ measurements of cloud microphysics to investigate different activation mechanisms of BC in warm and ice cloud. This work will provide fundamental basis and modelling parameterization for the BC wet scavenging and its interaction with cloud, and identify the potential influence of BC on cloud microphysics and precipitation, also guiding the weather modification service for 2022 Beijing Winter Olympics and Paralympic Games.
黑碳气溶胶是大气中有效吸收太阳辐射的重要成分,研究黑碳与云相互作用不仅对评估其大气寿命和直接效应有重要意义,也重要决定其间接效应和半直接效应。由于黑碳含量较低,在大气环境中测量黑碳的云滴活化效率依然存在挑战,目前尚缺乏大气环境中黑碳活化参数结果。本项目开发了基于单颗粒黑碳光度计的黑碳云凝结核和活化参数的测量技术和算法,基于北京地区高山和地面观测,对黑碳气溶胶在大气传输过程中的理化特性演变包括云凝结核和云滴活化性质进行了全面探究。.本项目首先基于海坨山站点观测黑碳微物理特征,利用粒径解析的黑碳混合态信息推算其云凝结核性质,率先提供了不同季节和不同污染类型下在边界层顶黑碳微物理性质影响的云凝结核和光学性质。通过观测各过饱和度下云凝结核数浓度和气溶胶化学成分,对通过化学成分体积分配计算的气溶胶吸湿参数进行闭合,发现新鲜和老化气溶胶应分别使用分粒径成分信息和受抑制的表面张力参数的混合型方法,可提高对气溶胶云凝结核能力评估的准确性。通过分粒径云凝结核和黑碳数浓度的同时在线测量,率先实现了对大气环境中黑碳活化的直接定量观测,并指出有机成分是控制黑碳活化的主要因素,考虑黑碳的形状特性可减少对其活化性质评估的偏差。本项目进一步结合北京城区站点进行地面和高山同步观测,发现冬季黑碳较其他颗粒物可在边界层更有效垂直传输,导致边界层顶黑碳质量分数提高和单颗粒反照率降低;而夏季边界层云的移除会使边界层顶部的黑碳减少,但移除后的黑碳吸收效率显著提高,该结果对黑碳在边界层的传输过程评估提供了科学依据。研究通过观测混合相云降水过程中黑碳微物理特性演化,通过云外黑碳碳芯在降雪时段显著增大的现象在大气坏境中验证了冰晶消耗水滴导致其中云凝结核释放的贝基隆过程,揭示了混合相云对黑碳的移除过程。以上研究通过研究黑碳与云相互作用为评估黑碳的直接和间接效应提供了实测参数和理论依据。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
DOI:10.1029/2020gl088858
发表时间:2020-08
期刊:Geophysical Research Letters
影响因子:5.2
作者:Dantong Liu(通讯);Kang Hu;Delong Zhao;Shuo Ding;Yunfei Wu;Chang Zhou;Chenjie Yu;Ping Tian;Quan Liu;Kai Bi;Yangzhou Wu;Bo Hu;Dongsheng Ji;Shaofei Kong;Bin Ouyang;Hui He;Mengyu Huang;Deping Ding
通讯作者:Deping Ding
Reduced volatility of aerosols from surface emissions to the top of the planetary boundary layer
减少从表面排放到行星边界层顶部的气溶胶的挥发性
DOI:10.5194/acp-21-14749-2021
发表时间:2021
期刊:Atmospheric Chemistry and Physics
影响因子:6.3
作者:Quan Liu;Dantong Liu(通讯);Yangzhou Wu;Kai Bi;Wenkang Gao;Ping Tian;Delong Zhao;Siyuan Li;Chenjie Yu;Guiqian Tang;Yunfei Wu;Kang Hu;Shuo Ding;Qian Gao;Fei Wang;Shaofei Kong;Hui He;Mengyu Huang;Deping Ding
通讯作者:Deping Ding
DOI:10.1016/j.scitotenv.2019.136251
发表时间:2019-12
期刊:The Science of the total environment
影响因子:--
作者:Delong Zhao;Dantong Liu;Chenjie Yu;P. Tian;Dawei Hu;Wei Zhou;S. Ding;Kang Hu;Zhaobin Sun
通讯作者:Delong Zhao;Dantong Liu;Chenjie Yu;P. Tian;Dawei Hu;Wei Zhou;S. Ding;Kang Hu;Zhaobin Sun
Estimating radiative impacts of black carbon associated with mixing state in the lower atmosphere over the northern North China Plain
华北平原北部低层大气中与混合状态相关的黑碳辐射影响的估算
DOI:10.1016/j.chemosphere.2020.126455
发表时间:2020-08-01
期刊:CHEMOSPHERE
影响因子:8.8
作者:Hu, Kang;Zhao, Delong;Ding, Deping
通讯作者:Ding, Deping
Size-Related Physical Properties of Black Carbon in the Lower Atmosphere over Beijing and Europe
北京和欧洲低层大气中黑碳的尺寸相关物理特性
DOI:10.1021/acs.est.9b03722
发表时间:2019
期刊:Environ. Sci. Technol
影响因子:--
作者:Shuo Ding;Dantong Liu;Delong Zhao
通讯作者:Delong Zhao
环杭州湾雾-霾相互转化过程与机制
- 批准号:R24D050002
- 项目类别:省市级项目
- 资助金额:0.0万元
- 批准年份:2024
- 负责人:刘丹彤
- 依托单位:
利用新型烟雾箱系统研究生物质燃烧排放在真实大气条件下的演化
- 批准号:--
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:58万元
- 批准年份:2021
- 负责人:刘丹彤
- 依托单位:
国内基金
海外基金
