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基于单颗粒分析的大气一次棕碳颗粒物的来源识别与老化机制研究

批准号:
42107108
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
刘磊
依托单位:
学科分类:
环境大气科学
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
刘磊

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
棕碳是大气中除黑碳之外另一类重要的吸光性物质,其来源、分布和光学特性是当前气溶胶领域的研究热点。然而,目前针对华北冬季灰霾大气中丰富的一次源棕碳颗粒的微观表征仍然缺乏。本项目拟基于多种微观技术手段识别纳米级一次棕碳颗粒并对其在大气输送过程中的微观特征变化进行系统分析。首先,在我国华北的邯郸农村和北京城区布设采样点,收集民用煤和生物质燃烧新鲜排放和经大气传输老化过程的一次棕碳单颗粒样品;其次,综合利用透射电镜和多功能纳米红外光谱仪等多种手段分析一次棕碳颗粒在不同大气环境中的丰度、形貌、粒径、化学组分、混合状态和复折射率等特征,揭示不同来源的一次棕碳颗粒在大气传输过程中的老化机制;最后,构建不同老化程度的一次棕碳颗粒微观模型,并利用Mie理论模型探究老化过程对棕碳颗粒光学特性的影响规律。本项目将为理解一次棕碳颗粒对华北冬季灰霾形成的作用机制提供直接证据,为更好地评估棕碳的气候效应提供观测依据。
英文摘要
Brown carbon (BrC) has been proved to be another important light-absorbing substance in the atmosphere besides black carbon, and its source, distribution, and optical properties are the hot scientific topics in the field of aerosol research. However, the microscopic characterization of primary BrC is still lacking. This project plans to select the Handan rural site and the Beijing urban site in the NCP, which are affected by the local fresh emission and regional transport of polluted air masses, respectively. Field observations will be simultaneously conducted during the heating season to collect individual particle samples. The individual particle samples collected at the two sites will be analyzed using transmission electron microscopy and nanoIR spectrometer to identify primary BrC particles and characterize their composition, morphology, particle size, mixing state, refractive index, and relative abundance. By comparing the difference of microscopic information of primary BrC particles at the two sites, we intend to acquire the key parameters to identify the sources of primary BrC particles, reveal the aging mechanism of primary BrC particles in atmospheric transportation. Furthermore, the Mie theory model will be used to calculate the optical properties of aged BrC particles at the two sites to clarify the influence of aging processes on the optical characteristics of BrC. This project will be helpful to further understand the micro-characteristics of BrC and its roles in winter haze formation in the NCP and further provide an observation basis for assessing the climatic effects of BrC in China.
棕碳是大气中除黑碳之外另一类重要的吸光性物质,其来源、分布和光学特性是当前气溶胶领域的研究热点。为了探究我国冬季灰霾中棕碳气溶胶的赋存状态以及老化机制,本项目运用单颗粒分析手段研究了燃煤电厂和民用煤所排放细颗粒物的形貌、组分、混合状态和粒径分布等微观特征;通过实验室原位高温加热实验,探究了不同类型有机颗粒物的耐热稳定性;最后通过外场观测阐明了华北冬季灰霾期间一次棕碳颗粒的老化机制及其光学影响。主要研究结果如下:(1)在燃煤电厂所排放的细颗粒物中,矿物颗粒和富硫颗粒等非碳质颗粒物占主导,占所分析颗粒物总数的93.6%,而在民用燃煤所排放的细颗粒物中,有机颗粒和黑碳颗粒等碳质颗粒物占主导。民用燃煤在明烧过程会排放大量的黑碳颗粒,其占所分析颗粒物总数的96.9%,而在闷烧过程主要排放有机颗粒,呈圆形或近圆形的半透明状。(2)近圆形一次有机物经过300℃和500℃加热过程之后,形貌特征无明显变化,表明该类一次有机颗粒具有耐高温特性。半透明穹顶状有机物在300℃下粒径增大且颜色更加透明,表明在此温度下该类颗粒中大部分有机组分能够挥发。研究证明了北方冬季燃煤排放的圆形一次有机物含有大量的难挥发耐热有机组分。(3)利用透射电镜(TEM)和扫描电镜(SEM)等单颗粒分析手段发现我国华北冬季农村地区民用煤和生物质的使用能够排放大量具有高粘度的吸光性一次棕碳颗粒(焦油球),并经过区域输送导致华北大范围灰霾事件的发生。此类颗粒在大气输送过程中能够稳定存在并且在高湿度的情况下为二次气溶胶的液相生成提供反应界面,从而形成以一次棕碳颗粒为核、二次气溶胶为壳的“核–壳”状颗粒物。进一步通过光学模拟,我们发现,与内混黑碳颗粒的“透镜效应”类似,二次气溶胶外壳的存在也能够导致一次有机颗粒的光吸收增强,因此将来需要对此类棕碳颗粒给予更多关注。
雌二醇通过ER/ERE途径调控ABCG2促进肠道尿酸排泄的机制研究
  • 批准号:
    81801597
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    21.0万元
  • 批准年份:
    2018
  • 负责人:
    刘磊
  • 依托单位:
国内基金
海外基金