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北极地区污染气溶胶地基遥感研究取得进展

  近日,中科院空天信息研究院环境遥感应用技术研究室关于北极地区污染气溶胶地基遥感研究成果发表于Nature集团出版刊物Scientific Reports,第一作者为谢一凇助理研究员,通讯作者为李正强研究员。 

  作为全球对气候变化最敏感的区域,极地一直是相关环境研究关注的重点。然而,自然条件的恶劣导致有效观测难以长期维持。在北极地区,传输自中高纬区域的气溶胶颗粒物对辐射平衡、冰雪圈有重要影响,但获取可靠的极地气溶胶观测数据是一个很大的挑战。气溶胶成分中,具有较强吸光特性的黑碳、棕色碳等对极地气候变化和大气环境等的影响尤其重要,因此极地地区的气溶胶遥感研究具有独特的研究价值。 

  该研究团队基于其发展的气溶胶成分遥感反演方法,与美国Brookhaven国家实验室R. Wagener教授、加拿大环境与气候变化中心I. Abboud教授等国际团队开展合作,利用分布在北极多个观测站点的地基遥感数据,首次反演获得了北极区域高气溶胶负载下的整层大气气溶胶成分信息,解析了北极气溶胶光学-物理-成分-辐射综合特性,为极地气候变化评估、大气环境效应等研究提供了关键数据。   

 

1. 研究选择的北极地区8个观测站点 

  研究显示,北极地区高浓度污染气溶胶基本以细模态为主,约90%以上的消光来自于细粒子。气溶胶成分遥感估计表明,质量占比最高的是散射性细粒子成分(约为68%)。而黑碳和棕色碳成分虽然浓度较低,但对光吸收的贡献高达98%。气溶胶成分与辐射强迫的多元线性回归分析模型显示,北极气溶胶中黑碳成分对整层大气的加热作用非常显著。 

   

2 北极地区高浓度气溶胶成分反演结果:(a)总质量浓度及各成分比例;(b)黑碳、棕色碳和沙尘的光学吸收;(c)气溶胶吸光模型与仪器观测值对比 

  结合后向轨迹分析模型,该研究发现并指出了2类北极地区典型污染气溶胶的主要来源和成分特征:(1)来源于欧洲大陆的污染气溶胶,其中散射性细粒子成分的质量占比高达90%;(2)来源于北美、东亚的生物质燃烧气溶胶,其中碳质成分含量较高。 

  

  3. 北极地区污染气溶胶成分干物质质量浓度(TMCdry)及污染来源后向轨迹分析 

  论文链接:https://www.nature.com/articles/s41598-018-27744-z 

  [Yisong Xie, Zhengqiang Li*, Li Li, Richard Wagener, Ihab Abboud, Kaitao Li, Donghui Li, Ying Zhang, Xingfeng Chen & Hua Xu. Aerosol optical, microphysical, chemical and radiative properties of high aerosol load cases over the Arctic based on AERONET measurements, Scientific Reports, 8, 9376, 2018, doi: 10.1038/s41598-018-27744-z]