南京冬季气溶胶光学特性及黑碳光吸收增强效应

2016年1月1~19日在南京北郊利用三波长光声黑碳光度仪(PASS-3)对气溶胶的光学性质进行了实时在线观测,同时结合气溶胶化学组成分析了黑碳气溶胶的光吸收增强效应.结果表明,观测期间气溶胶在532 nm下的吸收系数、散射系数、单散射反照率的平均值为(64.19±35.28)Mm-1、(454.68±238.71)Mm-1、0.87±0.03,受边界层高度及颗粒物浓度的影响,呈现出明显的日变化特征.黑碳气溶胶的质量吸收截面(MAC)在观测期间的变化趋势为前期低,后期高,与非EC组分相对EC比值的变化趋势一致,受不同污染条件下二次物质的占比及覆盖物厚度变化的影响.基于MAC计算得到的405、532、781nm下的光吸收增强(EMAC)平均值分别为1.53±0.56、1.34±0.47、1.14±0.40,随着波长增加而降低,存在棕色碳(Br C)的贡献.各非EC组分相对EC的比值与EMAC均有一定相关性,其中OC/EC与EMAC相关性最高,说明有机物的积累是导致黑碳光吸收增强的主要原因.K+/EC与EMAC的高相关性表明生物质燃烧过程对光吸收增强也有一定影响.     

不同燃料当量比条件下烟炱(soot)形态及光吸收增强效应

借助烟炱(soot)燃烧炉、扫描电迁移率粒径谱仪(SMPS)、气溶胶质量分析仪(APM)、三波段光声黑碳仪(PASS-3)探究不同燃料当量比(φ)条件下soot形态及光吸收增强效应.结果显示,随着燃料当量比(φ)从1.98升高至2.43,产生的soot颗粒物中非黑碳物质(nonrefractory particulate matter, NR-PM)的质量占比(R_(BC))从0.07升高至1.03,soot颗粒物和BC核的形状因子越低,表明soot结构更紧凑,同时BC核的形变更为显著,并且少量非黑碳物质(NR-PM)包裹即可导致BC核的明显形变.受透镜效应的影响,黑碳的光吸收增强与R_(BC)呈正相关,当R_(BC)从0.07增加至1.03时,相应光吸收增强从1.05增加至1.52(781 nm下);此外,棕色碳(BrC)对405 nm和532 nm下的吸光增强也有贡献,其贡献率随着R_(BC)的增加而增大.同时,soot自身的形态对黑碳光吸收增强也存在影响,结构越紧实的soot,其黑碳光吸收增强越明显,并且越接近核-壳模型下的理论计算值.本研究表明,黑碳的形变对于其光吸收增强的影响不容忽视.