北极考察沿线黑碳气溶胶的含量及分布特征

摘要

黑碳气溶胶是一种燃烧成因的大气气溶胶组成成分，在全球范围内广泛存在，并通过对地球-大气-太阳系统的热辐射能量调节对全球气候产生影响。在北极地区，由于黑碳气溶胶在冰雪表面的沉降能够改变冰雪反照率，所以其对北极的气候影响更甚于中低纬度地区。现有的关于黑碳气溶胶的研究主要分为两种，一是对其浓度的观测和影响要素分析，二是对其辐射强迫效应的模拟研究。在北极地区，对黑碳气溶胶的观测主要为考察站定点观测，大的空间范围内的连续观测很少，缺乏对北极地区黑碳气溶胶空间分布的整体认识。
　　2012年7月到9月之间，在中国第五次北极考察期间，利用黑碳仪对中国近海岸-日本海-鄂霍次克海-西北太平洋-白令海-楚科奇海-巴伦支海-挪威海-格陵兰海-高纬度北冰洋等海区上空的黑碳气溶胶进行了在线观测。本文通过分析观测结果，对黑碳气溶胶在航线上的浓度水平和分布规律进行了一定的探究，主要得到以下几个结论:
　　(1)中国近海岸和日本海等中纬度海区的黑碳浓度是全航线最高的，而北冰洋则是最低的，平均浓度为5.96ng·m-3;
　　(2)北冰洋黑碳气溶胶浓度水平整体较低，除了有显著的季节性变化规律外，可能有一定的纬向和经向分布规律;
　　(3)对比2008年2010年的北极考察期间黑碳气溶胶浓度，发现北冰洋地区的黑碳气溶胶浓度变化较小，其他海区黑碳的时空分布特征较为明显，均表现出中纬度以及近岸区域较高的特征;
　　(4)在走航过程中黑碳气溶胶浓度与气象要素如相对湿度和温度的关系较为复杂，受到靠近陆地程度和排放源以及气团来源的影响很大，基本上没有观测到黑碳浓度明显受气象要素主导影响的海区;
　　(5)黑碳气溶胶的浓度主要受陆源输入的影响，不同海区的黑碳气溶胶浓度差异较大，即使是相同海区，由于季风和气团来源等因素的影响，在不同的时间内黑碳气溶胶的浓度也是有所差别的。
　　本文中观测和分析的黑碳气溶胶数据跨越了很大的空间范围，尤其在北冰洋，由于第五次北极考察是中国首次穿越东北航道，虽然由于政策法规原因没有能够得到东北航道的黑碳气溶胶浓度，但是在返程过程中也跨越了经度范围十分广阔的海区，为研究黑碳气溶胶在北冰洋的经向分布提供了可能性。本文中的黑碳气溶胶浓度数据涉及了很多我国北极考察的空白地带，为更好地了解黑碳在高纬度海区的分布提供了资料。