气象学家发现硫酸盐、有机物等对气溶胶光学厚度有显著影响 | Engineering

人为或自然来源的大气气溶胶作为地球气候系统的关键扰动量之一，已被证明可通过气溶胶-辐射和气溶胶-云的相互作用等机制在全球到区域范围上不同程度地影响着天气、气候和环境。此外，大气气溶胶[尤其是近地表细颗粒物（PM_2.5）]在吸入人体后会对健康产生不利影响，因为它们含有影响呼吸和循环系统的有毒物质，可能会增加发病率和死亡率。已有多项研究基于地基观测、卫星遥感和数值模拟，研究了全球至区域尺度上气溶胶光学厚度（AOD）的年际和年内变化，并探讨了这些变化与人为排放、气象因素和气候强迫之间的关系。然而，针对不同气溶胶负荷等级发生频率（FoO）的年际变化及该变化对总气溶胶负荷变化的影响却很少被关注。不同的气溶胶负荷与不同的气溶胶污染等级（APL）密切相关，其变化可以有效地反映空气质量的改善或恶化程度。

中国气象科学研究院车慧正研究团队在中国工程院院刊Engineering 2022年9月刊发表了题目为《小粒径和球形气溶胶对2003—2018年陆地总气溶胶光学厚度下降趋势贡献显著》的研究性文章，利用多角度成像光谱辐射计（MISR）反演的气溶胶光学特性数据集，研究了2003—2018年期间陆地总 AOD（TAOD）及其按粒径大小和粒形分离的类型依赖AOD的10年尺度趋势，分析了TAOD趋势和不同类型AOD演变之间的关系，并量化了不同类型AOD对TAOD趋势的相对贡献。文章通过将TAOD值分别按0.15、0.40和0.80的阈值划分为4个不同的气溶胶污染等级（APL），进一步探讨了TAOD演变与APL发生频率年际变化之间的关系。文章表明，2003—2018年期间，除南亚地区外，大多数陆地区域的空气质量都有明显改善，表现为从轻度污染转变为清洁状态。然而，不同的APL对TAOD变化的影响及其相关程度具有显著的区域性差异。此外，自2003年以来，陆地上的年均TAOD下降趋势达到0.47%⋅a⁻¹（通过95%置信度检验）。这种显著减少主要归因于小粒径（直径小于0.7 mm）AOD（SAOD）和球形AOD（SPAOD）的持续减少（分别为−0.74%⋅a⁻¹和−0.46%⋅a⁻¹）。统计分析表明，SAOD和SPAOD分别占TAOD的57.5%和89.6%，但对TAOD的趋势贡献可达82.6%和90.4%。最后，文章表明由硫酸盐、有机物和黑碳气溶胶组成的小粒径和球形气溶胶在驱动陆地TAOD年际变化中起主导作用。

值得注意的是，受地理位置、地形、下垫面特征、人口密度、污染源的临近程度、气象条件等多种因素的共同影响，区域气溶胶颗粒的浓度、粒径分布、粒形、化学组分和光学特性等方面存在较大差异。即使AOD值相同，不同类型气溶胶由于具有粒径分布范围广、粒形复杂等特点，因此对气溶胶辐射强迫影响的量级和符号也不尽相同。因此，除总AOD（TAOD）外，对全球和区域尺度上不同气溶胶类型AOD的年际变化进行系统分析，对于提高对气溶胶气候和环境效应的认识至关重要，这也将有助于更好地区分自然和人为气溶胶在驱动气溶胶总负荷年际变化中的作用。

此外，文章也存在一定的局限性。例如，MISR传感器反演的气溶胶类型的不确定性对量化结果的影响尚不明确。由于受到时空采样率的限制，MISR尚不具备每日全球覆盖的能力，这可能会导致MISR反演的日平均AOD代表性不足，因为大气气溶胶通常具有显著的日内变化特征。为了解决这一局限性，未来的工作需要进一步依靠地球静止卫星来约束区域TAOD的日内变化规律。此外，小粒径和球形气溶胶对陆地TAOD下降趋势的显著贡献是归因于气溶胶浓度还是气溶胶消光程度还有待进一步研究。尽管如此，卫星反演不同类型气溶胶的光学特性有助于更系统和深入地理解全球和区域尺度上的气溶胶变化，特别是其粒径和粒形，因为这些特性往往与人为和自然气溶胶的变化密切相关。更重要的是，与以往大多数研究只关注TAOD趋势不同，文章揭示的小粒径和球形气溶胶的主导驱动作用能够为人们加深全球气溶胶演变规律的认识提供新的见解。鉴于人为气溶胶在TAOD变化中的主导驱动作用，未来的研究应更多关注人为气溶胶化学组分及其微物理特性的变化对TAOD年代际变化的影响。

以上内容来自：Ke Gui, Huizheng Che, Lei Li, Yu Zheng, Lei Zhang, Hujia Zhao, Junting Zhong, Wenrui Yao, Yuanxin Liang, Yaqiang Wang, Xiaoye Zhang. The Significant Contribution of Small-Sized and Spherical Aerosol Particles to the Decreasing Trend in Total Aerosol Optical Depth over Land from 2003 to 2018 [J]. Engineering, 2022, 16(9): 82-92.

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原文链接：http://www.engineering.org.cn/en/10.1016/j.eng.2021.05.017

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ISSN 2095-8099

CN 10-1244/N

IF 12.8 Q1

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