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浙大學者聯合發表關于大氣黑碳氣溶膠光吸收的最新研究

發布時間:2022-01-31來源:地球科學學院作者:0

近期,浙江大學地球科學學院李衛軍研究員團隊與計算機科學與技術學院黃勁教授團隊在地球科學領域NI頂級期刊Journal of Geophysical Research: AtmospheresJGR)和Geophysical Research LettersGRL)上聯合發表了關于大氣黑碳氣溶膠光吸收的最新研究。

大氣中黑碳氣溶膠強烈吸收太陽光,能夠影響對流層大氣輻射平衡和全球氣候,但準確模擬其光學特性一直是一個挑戰。黑碳具有復雜的鏈狀分形結構,且形狀和混合結構在大氣老化過程中不斷發生變化,現有的光學模擬技術很難三維重現這些復雜的混合結構。目前在外場觀測、實驗室模擬和模式模擬中,黑碳顆粒的光吸收增強結果之間存在較大的差異,這在國際大氣氣溶膠學術界引起了激烈的爭論。那么,如何理解目前眾多研究中的差異?實際大氣中黑碳氣溶膠粒子群的光學特性演變機理是怎樣的?

本世紀初大氣環境科研界就拋出有關大氣中黑碳對大氣吸光增強大小的爭議及對其對全球增溫評估的不確定性,八年前李衛軍著手解決該國際科學爭議問題。經過反復研究,確定最佳路線是利用透射電鏡觀測,獲得納米級的黑碳氣溶膠單顆粒的復雜形貌及混合狀態的圖像,將其轉化為仿真3D模型,并進一步輸入到光學模式進行模擬計算。在該思路的驅動下,地科院李衛和計算機科學與技術學院黃勁聯合研發了全球首套仿真黑碳建模工具Electron-Microscope-to-BC-SimulationEMBS)。將透射電子顯微鏡單顆粒分析和計算機三維仿真技術結合,突破了三維仿真模擬黑碳單顆粒光學特性的技術難題,進而應用大氣黑碳氣溶膠三維仿真技術在提出了大氣黑碳氣溶膠粒子群的光吸收增強的演變機理。

這一技術突破在真實黑碳微觀形貌結構和光學模擬計算之間架設起一座新的橋梁,為模擬真實大氣黑碳形貌結構并減小黑碳光學模擬和氣候效應評估的偏差提供了一條新路徑。同時,他們基于新技術提出了大氣真實黑碳氣溶膠光吸收增強模擬的新框架,闡釋了實際大氣中黑碳光吸收增強的演變機理,這對于大氣黑碳氣溶膠的光學模擬、氣候效應評估具有重要意義。

本課題受到國家自然科學基金面上項目和浙江省自然科學基金重點項目支持。以上發表論文第一作者為地球科學學院博士生王園園和通訊作者為地球科學學院李衛軍研究員,更多關于該課題組工作詳見:https://person.zju.edu.cn/liwj。

論文鏈接:

https://doi.org/10.1029/2021JD034620.

https://doi.org/10.1029/2021GL096437


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