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科研进展

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est:中亚碳质气溶胶研究取得新进展

时间:  2021-04-13 09:10  点击:   次
碳质气溶胶主要由有机碳(oc)、元素碳(ec)和碳酸盐构成,能够通过吸收或散射太阳辐射而影响区域气候变化。研究发现,在利用热光法检测oc、ec的升温过程中,碳酸盐也能释放出co2,进而导致对oc、ec含量的高估。通常情况下,由于碳酸盐在细颗粒物中(pm2.5)含量低,由此带来的不确定性可以忽略,但对于干旱半干旱地区的较大颗粒物(如pm10或总悬浮颗粒物(tsp)),碳酸盐对oc、ec含量的影响不容忽视。
 
中亚是典型的干旱区,该区域植被覆盖率低,风速较高,大气颗粒物中碳酸盐的含量相对较高。因此,有必要在中亚开展相关研究,探讨碳酸盐对oc、ec含量的贡献以及对其吸光特性的影响以减小对区域空气质量和气候变化评估的不确定性。
 
西北生态环境资源研究院冰冻圈科学国家重点实验室的研究团队在塔吉克斯坦首都杜尚别建立了监测点,对大气中tsp进行了长期、系统的采集,并利用酸熏蒸法对样品进行了前处理,通过与未处理的样品中碳质成分含量的对比,量化了热光法检测oc、ec时碳酸盐对两种碳质组分含量的贡献。总体上,杜尚别大气中tsp含量非常高(60.1-862.2 μg m-3),且呈现8-9月含量最高而2-5月含量最低的季节变化(图 1);颗粒物中碳酸盐对oc和ec含量具有较大影响,可以导致明显高估,分别高达22.8%和32.5%。杜尚别大气中oc和ec日均含量范围分别为3.0-41.2和1.60-12.0 μg m-3,其季节变化与颗粒物含量有差异,呈现12月最高而5月最低(图 2)。此外,碳酸盐的存在也可以影响ec的吸光特性,酸处理后ec的质量吸收截面(macec)从4.52±1.32增加为6.02±1.49 m2 g-1,而且受颗粒物含量影响,不同季节影响差异较大(图 3),这表明碳酸盐可以显著降低macec,进而导致对真实mac值的低估(23.9%)。
 
该研究为干旱区大气中oc、ec含量及其吸光特性的检测提供了新方法,可为模式模拟碳质气溶胶的气候效应提供准确的观测验证数据。研究成果以“significant influence of carbonates on determining organic carbon and black carbon: a case study in tajikistan, central asia”发表于环境科学top期刊environmental science&technology。中国科学院西北生态环境资源研究院陈鹏飞副研究员为第一作者,康世昌研究员为论文通讯作者。该研究获得了中国科学院战略性先导科技专项(a类)(xda20040501)、国家自然科学基金(41705132、41675130)、中国科学院前沿科学重点研究项目(qyzdj-ssw-dqc039)、冰冻圈国家重点实验室自主课题(sklcs-zz-2020)和西部之光的联合资助。
 
全文链接:

 
图1 中亚杜尚别大气中tsp含量以及酸处理前后不同碳质成分对比(sc:总碳;下标a:酸处理后样品数据;下标o:原始样品数据)
 

图2 中亚杜尚别大气中oc、ec季节变化特征(下标a:酸处理后样品数据)
 

图3 酸处理前后macec变化对比(下标a:酸处理后样品数据;下标o:原始样品数据)

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