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基于无人机外场观测的华北平原生物质燃烧气溶胶吸光特性研究

生物质燃烧,无人机,黑碳,棕碳,辐射强迫

主题2 大气物理、化学、环境 > 专题2.10 吸光气溶胶理化特性及环境气候效应

生物质燃烧是大气碳质气溶胶的重要来源之一，对地球辐射收支具有显著影响。然而其光谱吸收特性，尤其是棕碳（BrC）的贡献仍存在较大不确定性。本研究构建了一套基于无人机的观测平台，并在华北平原农村地区开展了生物质燃烧气溶胶吸光参数的外场观测实验。相较于传统实验室方法，该方法能够在实际大气条件下获取烟羽的关键光学参数，从而有效降低烟雾箱实验带来的系统性偏差，使吸光特性的表征更加贴近真实大气环境。观测结果表明，不同燃烧状态对气溶胶吸光特性具有关键影响。在焖烧条件下，气溶胶的吸收Ångström指数（AAE）为3.70±0.04，显著高于明火燃烧条件下的1.50±0.08。AAE的变化主要受燃烧状态与烟气湿度控制，燃料类型的影响相对较弱。此外，外场观测获得的有机碳与元素碳比值（OC/EC）最高可达实验室结果的10倍，导致质量吸收截面的结果系统性偏低。研究表明，在华北平原地区，基于实验室烟雾箱的观测可能对生物质燃烧气溶胶的吸光能力及其辐射效应存在高估。值得注意的是，在焖烧条件下，若考虑排放质量，棕碳在375 nm波长处的吸光能力可达到黑碳的6.6倍，表明控制焖烧过程对于降低紫外波段的辐射效应具有重要意义。本研究强调了开展真实大气环境下外场观测的重要性，为准确评估生物质燃烧气溶胶的光学性质及其气候效应提供了科学依据。