塔克拉玛干沙漠沙尘气溶胶中的黑碳-大气气溶胶和雾霾新论

作为世界第二大流动性沙漠的塔克拉玛干沙漠，是亚洲沙尘的重要源区之一［1］。早在20世纪80年代，国内外的科学家就已利用卫星资料以及地面监测等手段，证实了这一重要的沙尘源区是北太平洋上空气溶胶的主要贡献者［2］。气溶胶的长途传输是全球生物地球化学循环的重要途径之一，必将对全球气候变化产生重大的影响。气溶胶中以硫酸盐为代表的大多数组分显示降温效应，唯独黑碳有增温效应。由于至今对气溶胶组分及其在长途传输中的转化知之不多，气溶胶成为研究气候变化中最大的不确定因素［3］。

文献上所谓“黑碳”（black carbon，BC），指的是用光学方法测定的元素碳（element carbon，EC）。元素碳是含碳有机质在不完全燃烧中产生的单质碳颗粒物。因为是基于光学方法的测定，其结果就包含着所有具吸光功能的组分，比如具有吸光功能团的少量有机气溶胶（近年来被称为“棕碳”），所以一般地说，BC的数值比用热化学方法测定的元素碳要略大一些。

黑碳气溶胶对气候与环境变化具有重要影响。BC可以吸收太阳辐射中的可见光部分，加热周围的大气，具有明显的增温效应，已成为除CO 2外造成全球气候变暖的第二种重要物质［4，5］。它不仅可以影响大气的辐射收支平衡，降低能见度，同时还会参与云凝结核（CCN）形成的微物理过程，并且很可能会优先成为云凝结核［6］；加快SO 2的氧化速率；在随气团长距离传输的过程中与其他的人为污染气溶胶混合，形成能够横跨洲际、垂直延伸3～5 km的大气棕色云（ABC）。由于大气棕色云的遮蔽，到达地面的太阳辐射会减少，从而影响全球的水循环［4］。近年来由于人为活动的不断加剧，在人迹罕至的高山、海洋等地区均发现BC的踪迹。在珠穆朗玛峰［6］等高海拔地区，发现不断增加的BC浓度影响了积雪的反照率，加速了积雪溶化、雪线上升、冰川消融。在印度洋上空发现约80%的黑碳气溶胶与硫酸盐已发生相互混合［7］。BC多存在于细颗粒物中，能够通过呼吸进入人体，对人们健康产生不利的影响。黑碳气溶胶已成为近年来大气气溶胶研究的热点之一。(www.xing528.com)

大部分BC是由人为活动产生的，如燃料燃烧以及农业活动中的生物质燃烧，而自然界天然排放的BC量微乎其微，因此BC常常被用作人类活动的指示物［8］。BC在大气中滞留1周左右，通过降雨（雪）过程被清除。初步估计，通过干和湿去除过程，每年分别向全球海洋沉降2和10 Tg的BC［9］。国外有文献报道，城市中BC在大气气溶胶中的质量浓度百分比高于郊区，且有明显的季节变化和日变化［10］。秦世广［11］等根据1999—2000年BC的监测资料，发现四川盆地冬季1月份的BC浓度达到最高值，并且发现在早上8:00—10:00和晚上21:00—24:00两个时段，BC浓度出现当天的峰值。娄淑娟［12］等根据2003和2004年的资料发现，北京地区的BC，冬季高于夏季，且主要分布在PM 2.5中。至今很少有关沙尘源区黑碳气溶胶的文献报道。本章根据塔克拉玛干沙漠腹地塔中观测站的黑碳气溶胶在线监测资料，分析此沙尘源区黑碳气溶胶的季节及昼夜变化，比较其在沙尘暴与非沙尘暴期间的变化，探讨黑碳气溶胶的可能来源，并初步估算沙尘源区黑碳气溶胶在亚洲沙尘长途传输中的贡献。