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黑碳气溶胶光学特性参数化：从微观到宏观的统一表征

黑碳气溶胶,辐射,光学特性

主题2 大气物理、化学、环境 > 专题2.2 大气污染-天气气候相互作用

大气中的黑碳气溶胶因其复杂的混合过程和光吸收特性，一直以来都是环境和气候研究中的不确定因素之一，导致模拟其光学特性和辐射效应出现了显著挑战。尽管利用准确的粒子散射算法，可以更真实地表征黑碳粒子形态并获得其光学特性，但这些模型主要局限于单个粒子尺度和个例模拟研究，尚未与大尺度的大气模式相结合。与此同时，相关研究发现因为未能充分考虑黑碳的复杂微物理和混合特性，大气模型相较于真实观测会显著高估黑碳的吸收效率。本研究基于全球大气模型CAM6，开发了一个不规则包裹黑碳聚合体模型的多维气溶胶光学数据集，并利用排放源黑碳粒径的观测数据进行微物理约束，考虑黑碳混合状态、包裹物异质分布和粒子不规则形貌的影响，实现了微物理观测约束下的黑碳混合物光学特性的全球参数化。基于气溶胶新光学参数化的评估结果表明，与实地观测值相比，新方案模拟的黑碳吸收增强从默认方案的平均2.6减少到1.4，更接近观测值（大多数小于1.5）。随着黑碳吸收特性的模拟效果的改进，模拟的气溶胶单次吸收反照率（吸收与消光的比率）的偏差相比全球AERONET站点观测值减少18%到69%。此外，大气层顶的全球平均黑碳直接辐射效应从0.37 W/m²减少到0.28 W/m²。通过黑碳微物理和混合特性观测约束的新方案在评估气溶胶辐射和气候效应表现出较好的模拟效果，缓解了全球大气模型中黑碳吸收的高估问题。