天然气燃除排放对北极黑碳浓度的影响及其气候效应

摘要

黑碳(BC)能够通过直接吸收太阳辐射或通过沉降到地表雪改变冰雪反射率而导致北极气候变暖。然而目前研究对北极BC的来源、含量及其气候效应存在很大的不确定性，其中BC源排放的不确定性是主要的不确定因素之一。以天然气燃除为例，它是通过高温氧化处理不需要的天然气的一种方式，其在全球的BC排放量很低(3%)，但在北极对BC的贡献显著。在2010年之前，天然气燃除都未被列入BC的排放源。基于以上问题，本论文拟开展以下三方面的研究：北极BC浓度的季节特征及主要来源，天然气燃除源对北极地区的BC贡献，以及北极BC沉降及其气候效应。　　我们使用全球化学传输模型(GEOS-Chem)来解释2013-2015年BC浓度在4个北极站点(Alert,Barrow,Zeppelin and Tiksi)的长期地表观测。主要使用生物质燃烧清单(QFED)和不同的人为源清单(HTAP,ECLIPSE和ECLIPSE+flr)来模拟，通过比较，ECLIPSE+flr的模拟值与北极站点地表观测值的拟合性更高。ECLIPSE+flr的结果中，北极地表BC的主要来源在冬季是俄罗斯人为源，春季是俄罗斯人为源和生物质的开放燃烧源，在夏季是开放的生物质燃烧源，秋季是俄罗斯人为源。北极柱中BC的主要来源在冬季是亚洲人为源和俄罗斯人为源，春季主要是亚洲人为源和生物质的开放燃烧，夏季是生物质的开放燃烧，秋季为亚洲人为源、俄罗斯人为源和生物质的开放燃烧源。因为俄罗斯和欧洲的人为因素，北极冬季BC最大的沉降区域在欧亚板块，春季和秋季沉降BC主要来自欧洲人为源、俄罗斯人为源和生物质的开放燃烧源，夏季则是生物质的开放燃烧源。沉降在冰雪中的BC而降低的北极地区的平均积雪反射率在2013-2015年冬季为0.4%，春季为0.6%，由此导致的地表辐射强迫冬季为0.1Wm?2，春季为1.3Wm?2。　　在北极，天然气燃除源是BC一个重要的来源。其在冬季对北极站地表BC的相对贡献分别是Alert(19%),Barrow(25%),Zeppelin(22%)和Tiksi(25%)。其在北极对地表BC的相对贡献全年为18-22%，其中冬季为26-30%，春季为18-23%，秋季为26-30%。俄罗斯人为源中的天然气燃除源贡献显著，约占俄罗斯人为源贡献的34-45%。在春季北极因为天然气燃除源排放的BC而降低的积雪反射率为0.1%，由此导致的地表辐射强迫为0.1Wm?2。

目录

声明

1 绪论

1.1 北极黑碳气溶胶概述

1.2 国内外研究进展

1.2.1 BC的来源

1.2.2 BC的源清单

1.2.3 北极BC

1.2.4 天然气燃除及其对北极BC的贡献

1.3 研究目的和意义

2 研究方法

2.1 BC在北极的模拟

2.1.1 GEOS-Chem模型设置

2.1.2 BC的排放量

2.2 BC在北极的地表观测

2.3 数据分析方法

2.3.1 模型评估方法

2.3.2地表反射率计算

3 北极BC的季节变化

3.1 GEOS-Chem模型评估与分析

3.2 北极BC浓度的季节性变化

3.3小结与讨论

4 北极BC的沉降及其气候效应

4.1 北极BC的沉降

4.2冬-春季北极冰雪中BC改变的积雪反射率及其气候效应

4.3 小结与讨论

5 总结与展望

5.1主要研究结果

5.2本文主要创新点

5.3未来工作展望

参考文献

致谢