黑碳在全球气候和环境系统中的作用及其在相关研究中的意义

燃烧形成的黑碳粒子进入大气中可影响辐射平衡,导致全球气候变暖,其沉降在河流、湖泊、海洋、土壤等环境中对全球生物地球化学循环起到重要的作用,成为当前国际地球科学研究的热点问题。综述了黑碳的定义及排放、沉降、降解过程,并总结了其在现在及过去环境和气候系统中的重要作用与研究意义。黑碳是全球惰性有机碳库的重要组成部分,在全球慢速碳循环中发挥潜在作用。因其具有很强的吸光特性,它在区域气候变暖过程中扮演重要角色。沉降在不同地质载体中的黑碳难以降解,可以保存几百万年,为地质历史时期古气候和古环境重建研究提供重要信息。海洋沉积物过去数百万年的黑碳记录指示了天然火的演化信息,晚第四纪黄土剖面黑碳也指示了天然火的变化信息,最近千年的湖泊和冰芯黑碳记录既反映了天然火的信息,也指示人类活动的信号。未来黑碳研究应进一步关注标准测量方法,以真正理解黑碳在全球气候与环境系统中的作用。     

SLCPs及其气候效应研究进展

CO2造成全球55%~60%的辐射强迫,迅速有效的减排是对抗气候变化的必要措施,但必须与造成另外40%~45%气候效应的短期气候污染物(SLCPs)减排并行。SLCPs直接或间接地影响地球气候系统的辐射平衡及温度变化,危害生态系统和人类社会安全。控制SLCPs的排放能在短时间内缓解近期全球变暖和海平面上升,弥补CO2减排效应的滞后。在调研大量文献的基础上,首先论述了SLCPs研究的意义所在,归纳了SLCPs减排对全球气候变化的缓解效应。然后对SLCPs 4种代表物质——黑碳、甲烷、对流层臭氧和氢氟碳化物的物理及光学特性、排放变化和时空分布及未来发展可能的趋势进行了分析,在此基础上总结了分别针对4种物质的减排方案。阐述了4种SLCPs物质在不同机制下产生的直接和间接气候效应,以及对应的气候效应发生的机理和相关的大气化学过程,最后总结了国内外在研究SLCPs的大气浓度、区域排放、气候效应、辐射强迫及减排措施的研究方法,指出了研究中存在的不确定性因素及解决方案。     

雪冰中的黑碳记录研究的历史回顾

黑碳(Blackcarbon)是一类大气气溶胶,也是重要的气候驱动因子之一,它与人类活动密切相关.迄今发现,雪冰是保存和记录历史时期黑碳变化的最好介质.根据前人对南极冰芯、格陵兰冰芯、中低纬度山地冰川冰芯以及雪坑样品中的黑碳记录的研究成果,讨论了不同研究地区雪冰中黑碳含量的变化,黑碳对气候环境突变、大气环流变化的响应,总结了人类活动与雪冰黑碳记录之间的关系.雪冰黑碳记录还可以获得如森林大火这样的特殊事件的信息.     

典型冰冻圈区域河流黑碳研究进展

冰冻圈区域河流是连接冰冻圈及河流中下游,乃至海洋碳库的重要通道。气候变暖导致冰冻圈快速萎缩,致使储存在冰川和冻土中的黑碳暴露并迁移,深刻影响冰冻圈区域河流黑碳的来源及输移过程,对海陆碳循环具有重要意义。本文重点综述了青藏高原、北极、阿尔卑斯山脉、落基山脉以及安第斯山脉等典型冰冻圈区域河流黑碳的通量、来源以及传输运移途径。结果表明：典型冰冻圈区域河流黑碳的传输通量约为2.29 Tg·a^-1,约占全球河流黑碳通量的5.33%。除大气干湿沉降和径流侵蚀外,冰川消融和冻土退化对冰冻圈区域河流黑碳浓度及通量变化具有显著影响,其中青藏高原和阿拉斯加冰川消融每年释放进入河流的黑碳通量分别为10.00 Gg(7.74～12.30 Gg)和0.60 Gg(0.47～0.73 Gg)。然而,冻土退化对冰冻圈区域河流黑碳的影响程度尚不清楚。总体而言,冰冻圈区域河流黑碳的研究不足将严重限制区域乃至全球碳循环的系统认识,未来亟需加强冰冻圈区域河流黑碳的系统监测与研究,为量化全球变暖背景下冰冻圈区域河流黑碳变化及其影响提供科学数据。     

气候变暖成因研究的历史、现状和不确定性

简要回顾了关于气候变暖成因研究的历史和现状,重点评述了当前气候学界对全球和中国气候变暖原因的认识及其仍存在的不确定性。气候学者对气候变暖与大气中温室气体浓度关系的认识,目前比过去任何时候似乎都更加清晰,但他们眼前仍然弥漫着重重迷雾。引起观测到的气候变暖的因子十分复杂,相关问题的研究仍存在大量不确定性。未来气候变化科学的进步依赖于对这些尚存不确定性的认识水平和削减程度。     

三极地区雪冰中黑碳研究进展

黑碳被认为是除温室气体外对气候变暖贡献最大的辐射强迫因子。三极（北极、南极和青藏高原）地区是全球雪冰分布最集中的区域,沉积至雪冰中的黑碳可反映人类活动的历史变化,并可能导致反照率降低而影响物质能量平衡。通过系统回顾三极地区雪冰黑碳的研究方法、空间分布、时间变化及其造成的辐射强迫,得到的研究结果表明： 由于处于不同的地理位置和环境条件,三极雪冰中黑碳的时空分布及其辐射强迫差异较大,其中青藏高原是浓度和辐射强迫影响最大的地区,也是对水资源和生态安全潜在影响最严重的区域。三极地区雪冰中保存着长时间序列的黑碳沉积记录,是研究自然变率、人类活动影响黑碳沉积历史（如北极与青藏高原冰芯中记录的工业革命以来黑碳沉积的快速上升）的良好介质,同样为模型预测未来变化提供了数据支持。三极地区是全球变化的指示器和放大器,在全球变暖不断加剧的背景下,黑碳必然会在未来的三极地区气候演变中扮演更为重要的角色。     

IGAC计划大气气溶胶研究进展

ＩＧＡＣ计划大气气溶胶研究进展气溶胶是大气中相对短寿命的、由不同成分组成的、质量和数量浓度都有很大空间变异性的微组分。但是，它们对人类健康、大气质量（能见度、酸沉降）都有很大影响，而且在许多天气和气候过程中起着重要作用。但是有关气溶胶对全球气候的重要...     

大气气溶胶密度观测研究进展

大气气溶胶的气候效应、环境效应、健康效应均与其物理化学性质密切相关,其中,密度是大气气溶胶重要的物理性质之一。密度影响着粒子的输送过程和在人体肺部的沉积过程。密度可以分别将电迁移率粒径和空气动力学粒径,数浓度和质量浓度联系起来。密度的变化可为气溶胶的形成和老化过程提供信息,细粒子分粒径的密度还可为大气过程和化学组分的演化提供参考依据。因此,研究大气气溶胶密度对了解气溶胶化学组分,评估气溶胶形成过程以及探究气溶胶在人体内的沉积效率具有重要的意义。由于国内在该领域研究总体较少,对大气气溶胶密度的定义、研究方法、国内外研究进展以及影响因素和变化特征等进行较为系统的总结,对未来开展大气气溶胶密度的观测和研究十分必要。     

中国大气气溶胶及其气候效应的研究

介绍了2006年新立项的国家重点基础研究发展计划项目“中国大气气溶胶及其气候效应的研究”的目的、意义、关键科学问题等。该项目预期在中国大气气溶胶理化和光学特性的时空分布特征、气溶胶数值模拟及大气灰霾数值预报方法、气溶胶直接—间接辐射特性、气候效应等方面开展系统的研究,从而降低气溶胶气候效应研究中的不确定性,提高气候预估的可信度。同时提高描述和预报区域大气污染的能力。不仅在全球气候变化这一重大科学问题上做出相应的贡献,也为国家环境外交、区域大气灰霾污染控制提供科学支持。     

不同自然环境和城市功能区的土壤黑碳特征及来源研究综述

黑碳是由生物质和化石燃料等燃烧产生的一系列含碳物质,长期广泛分布于土壤、大气等多种载体中,且表现出不同的环境效应。土壤作为一种不可再生的自然资源,是人类生存与发展不可缺少的物质基础,也是支撑城市发展的空间和生态基础。土壤中的黑碳构成土壤有机碳库的重要组分,且影响着土壤肥力、结构、有机污染物等多方面。目前,对黑碳的研究集中在其对环境的影响,我国在这方面的研究开始较晚,特别是对土壤中黑碳的研究还处于起步阶段。本文详细分析了土壤黑碳的可能来源（自然火灾、人类农业活动、化石燃料燃烧以及汽车尾气排放等）,概括了常见的土壤黑碳来源辨析方法（黑碳形态特征分析、黑碳/有机碳比值分析、黑碳碳同位素分析）,总结了国内外对不同自然环境、不同城市功能区的土壤黑碳研究现状。最后,提出了全球黑碳研究亟待关注和解决的关键问题,以期为将来合理制定控制黑碳排放的相关政策,减缓黑碳对环境质量和人体健康的影响,提供重要的理论依据。     

Studies on aerosol properties during ICARB-2006 campaign period at Hyderabad,India using ground-based measurements and satellite data

Continuous and campaign-based aerosol field measurements are essential in understanding fundamental atmospheric aerosol processes and for evaluating their effect on global climate, environment and human life. Synchronous measurements of Aerosol Optical Depth (AOD), Black Carbon (BC) aerosol mass concentration and aerosol particle size distribution were carried out during the campaign period at tropical urban regions of Hyderabad, India. Daily satellite datasets of DMSP-OLS were processed for night-time forest fires over the Indian region in order to understand the additional sources (forest fires) of aerosol. The higher values in black carbon aerosol mass concentration and aerosol optical depth correlated well with forest fires occurring over the region. Ozone Monitoring Instrument (OMI) aerosol index (AI) variations showed absorbing aerosols over the region and correlated with ground measurements.     

北冰洋沉积物和海水叶绿素α浓度分布的区域性特征

2003年夏季中国第二次北极科学考察期间,在北冰洋楚科奇海陆架、楚科奇海台、陆坡流区、门捷列夫海岭和加拿大海盆等不同区域进行了200 m以浅海水和部分观察站沉积物表层叶绿素a浓度的现场观测。结果表明,观测水体叶绿素α浓度变化范围为0.002～39.008 μg/dm3。表层浓度分布范围为0.037～4.644 μg/dm3,平均值为0.612 μg/dm3;高叶绿素α浓度出现在水深20～30 m的次表层水。叶绿素α浓度分布具有明显的区域性特征,水柱平均浓度的次序为楚科奇海陆架区>陆坡流区>楚科奇海台区>加拿大海盆区>门捷列夫海岭区。表层沉积物叶绿素α浓度从未能检出～3.978 μg/g(湿重),平均浓度为0.954 μg/g(湿重),表现为沉积物表层的浓度高于下层,陆架和陆坡流区的浓度高于海岭区以及海台和海盆区的分布特征。     

若尔盖高原沼泽湿地CH4排放研究

若尔盖高原沼泽湿地海拔 3400 m，面积 4038km²，是我国面积最大的高原沼泽湿地分布区。2001年 5～9月的非冰冻期，其主要沼泽类型木里苔草沼泽的CH₄排放通量范围是 0.51～ 8.20 m g/（m ²· h），平均值为 2.87 m g/（m ²· h）；乌拉苔草沼泽CH₄排放通量范围是 0.36～10.04 m g/（m ²· h），平均值为 4.51 m g/（m ²· h）。在空间分布上，不同沼泽类型之间CH₄排放通量具有一定的差异。在季节变化上，没有明显的排放高峰。根据代表性观测点的CH₄平均排放量、日数和沼泽总面积推算，非冰冻期若尔盖高原沼泽湿地CH₄的排放量为 0.052Tg/a。     

近4万年来雷州半岛北部地区汞沉积及其影响机制

雷州半岛地处热带北缘,受东亚季风影响强烈。以取自雷州半岛北部下录地区的埋藏泥炭沉积作为研究材料,测试分析了该岩心的汞浓度及其分布情况,将测试结果与其他气候环境代用指标如孢粉、炭屑、烧失量（LOI）以及有机碳同位素（δ13C_org）等进行对比分析,讨论自MIS（Marine Isotope Stages）-3晚期（约40 cal ka B.P.）至全新世早期（约6.9 cal ka B.P.）区域气候与环境变化影响下的汞沉积过程及可能的影响机制。结果显示:近4万年以来,沉积物的汞浓度与乔木类孢粉浓度的变化较吻合,两者之间显示出较高的相关性,揭示了晚更新世晚期以来,森林群落作为重要的地表汞库,在地区汞沉积过程中起到固定、储存和传输作用。此外,汞浓度与岩心中炭屑沉积通量（指示了区域性野火发生状况）的变化存在相反趋势,反映了区域性野火活动对地表植被以及土壤有机质的焚毁破坏,造成地表汞向大气的释放,不利于汞在地表和沉积物中的沉积与保存。对比不同区域的汞沉积记录发现,晚更新世晚期以来,下录泥炭汞浓度记录与全球其他地区汞记录、粉尘记录等具有较高的相似度,特别是MIS-2时期均存在明显峰值,反映了全球气候变化影响下,大气粉尘沉降对地表汞的输送和沉积具有较大贡献。     

大气气溶胶辐射强迫及气候效应的研究现状

由于工业活动的影响，对流层气溶胶含量明显增加。他们通过直接吸收和反射太阳辐射以及改变其它辐射强迫因子（云、臭氧）的大小间接影响地气系统的能量收支。近年来研究表明：人类活动产生的气溶胶具有与CO₂温室气体大小相当、符号相反的辐射强迫效应。他们在全球或区域范围内削弱温室气体的变暖趋势，对气候变化造成很大的影响。文章就人为气溶胶辐射强迫及气候效应近年来的研究状况做了介绍。     

A Preliminary Study of Holocene Climate Change and Human Adaptation in the Horqin Region

Abstract: Human activity during the Holocene in the Horqin region, northeastern China, has been widely documented. As an important proxy record of human activity, black carbon (BC) in sediments has been linked to climate change and human adaptation. A loess-paleosol section located in south Horqin was chosen for this study. Holocene climate change and human adaptation to the environment were discussed by analyzing BC, organic carbon (OC) and other proxies. The conclusions included: (1) before 3900 cal BP, human activity was closely related to the natural environment and cultural development was dominated by climate change. For example, the rapid decline of the agrarian Hongshan culture was caused by a slight decrease in temperature at ~5000 cal BP; (2) during 3900-3200 cal BP, the heavy dependence of human societies on nature gradually lessened and the ability of those human societies to adapt to the environment was enhanced. However, the farming-dominated Lower Xiajiadian culture was nonetheless replaced by the pastoralist Upper Xiajiadian culture due to an extremely cooling event at ~3200 cal BP; (3) during the late Holocene period, the marked influence of climate change on human activity might have lessened as a result of a clear improvement in human labor skills. After this, human living styles were influenced by cultural developments rather than climate change because humans had mastered more powerful means of productivity.     

Atmospheric dust aerosols over the Eastern Pamirs: major element concentrations and composition

This study measured the major element concentrations and compositions of atmospheric dust aerosol samples collected weekly for nearly 2 years at Mt. Muztagata, a remote and high-elevation site (38°17′N, 75°01′E, 4,430 m) in the Eastern Pamirs. Inductively coupled plasma mass spectroscopy (ICP–MS) results show that on the weekly timescale, air at Muztagata contained average element Al concentrations of 842 ng m⁻³ between June 2004 and December 2005, and 509 ng m⁻³ between June 2005 and April 2006. The dust load over the Eastern Pamirs appears to be far lower (by more than an order of magnitude) than those in northern China. The Muztagata dust aerosols show Ca/Al ratios (~0.7) and Fe/Al ratios (~0.7) that differ from that in northern China. The general homogeneity exists in the major element compositions, expect Ca/Al ratios which show minor but clear seasonal variations. Element ratios vary with aerosol concentration. Results indicate that concentrations and compositions of Asian dust change significantly between different emission regions, and confirm that major element ratios can be used to efficiently characterize the dust aerosols composition at different sites in northern China.     

兰州市冬季气溶胶吸光特性研究——黑碳与棕色碳的区分及特征分析

为研究兰州市冬季亚微米气溶胶的吸光特性,利用2014年1月10日至2月4日黑碳仪（AE31）和高分辨率飞行时间质谱仪（HR-ToF-AMS）观测资料,对气溶胶的吸光特性进行了分析。首先根据黑碳气溶胶（BC）和棕色碳气溶胶（BrC）的光学特性差异对二者进行区分,然后分析两者的吸光特性。结果表明：观测期间亚微米气溶胶中黑碳和有机物的平均浓度分别为3.7 μg·m^-3和29.3 μg·m^-3。随着亚微米气溶胶浓度的增加,黑碳和棕色碳吸收系数均增加,但棕色碳吸收系数增加得更快。黑碳和棕色碳在550 nm处的平均吸收系数分别为（9.9±5.9）Mm^-1和（51.0±28.1）Mm^-1。棕色碳的Angstrom指数为4.4。另外,采用正定矩阵因子解析模型（PMF）将棕色碳的来源划分为六种（碳氢类有机气溶胶（HOA）、烹饪类有机气溶胶（COA）、生物质燃烧（BBOA）、燃煤排放（CCOA）、半挥发低氧化程度有机气溶胶（SV-OOA）和低挥发高氧化程度有机气溶胶（LV-OOA））,并通过多元线性回归方法计算了各来源的吸光贡献,其中BBOA和CCOA对棕色碳吸光系数的贡献为41.5%,其次是SV-OOA（32.8%）、LV-OOA（14.2%）、HOA（7.8%）和COA（3.8%）,说明一次和二次有机气溶胶均为兰州地区棕色碳的重要来源。