黑碳气溶胶的辐射强迫.docx

黑碳的辐射强迫效应摘要：黑碳(BlackCarbon或BC)是大气中吸收可见光的主要成分它在赤道附 近——太阳辐射最强的区域的分布最为集中另外，黑碳可以被传输很长的距离， 途中与其它气溶胶混合形成大气褐云(Atmospheric Brown Clouds或ABCs)由于 黑碳具有很强的吸收性，其分布与太阳辐射分布的一致性，与其它气溶胶混合形 成大气褐云的较强能力，黑碳对全球气候变暖的作用排名位居第二，仅次于二氧 化碳关键词：黑碳、气溶胶、辐射强迫、大气褐云1、黑碳与大气褐云黑碳指的是烟尘的吸收性成分，主要包括元素碳和一些凝聚态的有机碳黑 碳的室内来源主要是使用生物燃料烹饪，比如木材、粪肥、作物残余等其室外 来源有化石燃料燃烧，如柴油和煤炭的燃烧还有生物质燃烧，如森林开采、燃 烧作物残余等黑碳是大气褐云的组成成分之一大气褐云中还包括硫酸盐、硝酸盐、粉煤 灰等，它由无数亚微米气溶胶组成大气褐云对长波吸收弱，短波吸收强，因此 看起来呈褐色另外，单粒子质谱观测也显示黑碳通常与硫酸盐、硝酸盐、有机 物、沙尘和海盐混合在一起因此黑碳通常与大气褐云的其它成分共同作用于气 候系统2、 黑碳的大气层顶辐射强迫 黑碳主要通过以下三种途径增加大气层顶辐射强迫： 1、吸收被地表-大气- 云层反射的辐射，减少行星反照率。

2、 沉降在雪和海冰表面上降低地表反照率3、 进入云滴或冰晶内部，降低云反照率图 1 显示了温室气体和气溶胶的全球□3□.6TOA□0.9□-2.3.411Atmosphere:0.4Surface1.60.6-1.7-2.7All GHGsC02BC (direct)Non-BC(direct+indirect)Figure 1平均辐射强迫TOA, Atmosphere, Surface分别代表大气层顶，大气层和地表的 辐射强迫，前者为后二者之和从图 1 中可以看出，黑碳的大气层顶辐射强迫 0.9W/m2,大概是CO2的55%气溶胶（BC+Non-BC）的总辐射强迫抵消了 50% （+-25%）的温室气体辐射强迫图中单位为W/m2，不确定性+-30%）从图中可以看到，一些地区的大 气辐射强迫超过了 15W/m2可见黑碳和大气褐云对大气的增温效应十分显著 比较图 1,2,4 也可以发现，黑碳对地面的辐射强迫为负，在一些地区甚至超过 20W/m2,但其大气层顶的辐射强迫为正考虑到大气层顶辐射强迫为地面与大 气辐射强迫之和，这意味着黑碳对大气的辐射强迫非常大而总的效应是，地面 的一大部分辐射被转移至大气，辐射被重新分布。

对大气的辐射强迫的直接观测是近些年借助无人机技术才得以实现的图 3 是 Ramanathan 等人利用无人机于 2006 年 3 月在南印度洋观测的结果图中黑 线代表时间段1（4号-16号），红线代表时间段2（19-29号）圆点代表无人机 观测数据，菱形点代表模式模拟结果时间段1期间，气溶胶主要集中在边界层 内时间段2期间观测到1km高度以上来自南亚的传输时间段2观测到1km 以上气溶胶吸收系数增加了 10倍，而边界层内气溶胶的数量与时间段1近似相 等时间段2与1相比，AOD （柱平均吸收和散射光深）增加了 0.2, AODabs （可 见光吸收光深）增加了 0.02, AOD的微小增加却导致H （日间平均升温速率）增 加 50%由此可见，大气褐云导致的微小的气溶胶光深变化可以带来很显著的大气升温速率的增加22H (K per day)1 2 3H (K per day)0320 0321 032203230324Q35&0329Period 1 iRenod 20 _ 1 0 5 10 15Absorption coett-cient (106m-1)« MAC {0.5-3 km)+ GCM (0-3 km)« MAGR% 05 1jiH (K per day}Figure 3Rama natha n et alNature 20074、黑碳的地面辐射强迫图 4 显示了大气褐云的地面 辐射强迫（图中单位为 W/m2）。

从图1 中曾得到，气溶胶的总地 面辐射强迫（BC+Non-BC ）为 -4.4W/m2,因此气溶胶使得地表 变暗从图4中可以看出，大气 褐云导致的全球地面辐射强迫 分布并不均匀，一些地区变暗的 Figure 4Chung et al J. Geophys. Res 2005 幅度甚至达到5%-10%另外， 陆面比海面变暗程度明显可能的原因是气溶胶（除海盐外）主要来源于陆地, 其在陆地的分布更集中，因此对陆面的辐射强迫影响更大值得注意的是，尽管黑碳气溶胶导致地面变暗，但由于它的大气层顶辐射强迫为正，最终可能会导致地面升温在地面和 大气的辐射对流耦合强的区域，黑碳自身会导 致地面和大气升温，而大气褐云会使地面和大 气减温图 5 是模拟得到的南亚区域由 GHG 和 BC 导致的大气温度变化可以看出黑碳的作用 导致地表升温Figure 5Chung, S. H. & Seinfeld, J. H.J. Geophys. Res 2005参考文献：1. V. Ramanathan & G. Carmichael Global and regional climate changes due to black carbon Nature Geoscience 1, 221 - 227 (2008).2. Ramanathan, V. et al. Warming trends in Asia amplifi ed by brown cloud solar absorption. Nature 448, 575 -78 (2007).3. Chung, C., Ramanathan, V., Kim, D., & Podgorny, I. A. Global anthropogenic aerosol direct forcing derived from satellite and ground-based observations. J.Geophys. Res. 110, doi:10.1029/2005JD006356 (2005).。