民用生物質燃燒排放有機碳氣溶膠的吸光特性研究

《民用生物質燃燒排放有機碳氣溶膠的吸光特性研究》是依託北京航空航天大學，由李興華擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：民用生物質燃燒排放有機碳氣溶膠的吸光特性研究
• 依託單位：北京航空航天大學
• 項目負責人：李興華
• 項目類別：面上項目

項目摘要

有機碳是大氣氣溶膠的主要組成部分，在近紫外線和中可見光譜區域具有強的吸光性能，其輻射強迫和氣候效應是大氣研究的前沿問題。我國是含碳氣溶膠的排放大國，而排放源有機碳吸光特性方面的研究尚不多見。針對這種狀況，本研究以我國最主要的一次有機碳排放源－民用生物質燃料燃燒所排放的氣溶膠為研究對象，通過對氣溶膠中有機組分提取與分析、吸光特性的測量，獲取有機碳氣溶膠吸光特性的關鍵特徵參數，定量解析有機碳氣溶膠的輻射效應，識別影響有機碳氣溶膠吸光特性的關鍵因素，辨析影響吸光的關鍵有機物種。本項目將加深對有機碳氣溶膠吸光特性的認識，研究成果可用於氣候模式模擬有機碳氣溶膠的輻射強迫，有助於降低氣溶膠氣候效應評估的不確定性，為制定穩定氣候變化中有關氣溶膠問題的對策提供科學依據，為國家環境外交提供科學支持。

結題摘要

在實驗室模擬生物質悶燒產生氣溶膠，通過對氣溶膠中有機組分提取與分析、吸光特性的測量，獲取有機碳氣溶膠吸光特性的關鍵特徵參數，定量解析有機碳氣溶膠的輻射效應，分析影響吸光的關鍵有機物種。 實驗發現了生物質處於悶燒狀態時，排放出的顆粒物絕大部分是有機碳顆粒。其中水溶性物質占總OC的70%以上。 對採樣膜和提取液進行吸收埃斯特朗指數（AAE）分析之後發現，膜透射得到的結果，生物質悶燒排放OC的平均AAE值在4.9~6.1範圍；隨著溫度升高，AAE值下降。膜上有機物的沉積量會對AAE產生影響，沉積量越多，光譜依賴性越差，AAE值越小。水溶性有機物有更高的AAE值。 分析膜透射和提取液的質量吸收效率後發現不同方法得到的參數存在差異，膜透射得到的低溫樣品的質量吸收效率高於溶液提取得到的質量吸收效率；結合質量吸收效率和顆粒物密度，得到了不同波長下的復折射指數虛部k。 通過對紅外光譜（FTIR）和核磁共振（NMR）的譜圖做積分後發現在熱解溫度上升的過程中，脂肪烴類物質占的比例在下降，芳香類物質和大分子物質的比例在上升。 小分子類物質、烴類物質、水溶性物質的光譜依賴性強於大分子類物質和芳香環物質、非水溶性物質。而質量吸收效率卻是小分子類物質、烴類物質、水溶性物質小於大分子類物質和芳香環物質、非水溶性物質。 生物質燃燒產生的有機碳質量吸收效率受非水溶性物質影響更大，光譜依賴性受水溶性物質更大。高溫產生的非水溶性非極性物質比非水溶性極性物質的質量吸收效率更大，低溫時非水溶性極性物質的質量吸收效率更高。 生物質燃燒產生排放出的OA，對於地球平均表面（as = 0.19），儘管總體上仍然是負強迫效應，但吸收性的OC 卻比非吸收性氣溶膠增大了2.5~9.3W/g；並且對極地和高山地區雪表面（as = 0.80）的影響更大，總體上是正強迫效應，增大量為7.5~29.2 W/g。