中国东部的城市森林过渡区是重要的生态平衡发展中心，拥有丰富的自然资源。近年来，由于该区域复杂的气溶胶混合类型，气象条件的显着变化以及强烈的生物循环效应，气溶胶辐射强迫估算存在较大不确定性。近期，辛金元研究团队利用大气辐射传输（SBDART）模式和城市-森林过渡区的多个气溶胶观测数据集，对气溶胶辐射效应的差异和不确定性进行了量化分析。
在国家重点研发计划课题（2016YFC0202001）和中国科学院战略先导专项专题（XDA23020301）等项目资助下，我所辛金元研究员团队基于中国生态系统研究网络CERN千烟洲亚热带森林生态站气溶胶光学辐射与化学成分长期综合观测数据，证实了华东地区典型的过渡区域中生物二次有机气溶胶（BSOA）的潜在影响，并量化了由气溶胶成分变化引起的直接辐射强迫（ARF）的不确定性。
在中国东部城市-森林过渡区域内气溶胶光学厚度（AOD）为0.69±0.21，比中国南方热带雨林地区的AOD值高约50%。干季和湿季的平均大气层顶部气溶胶辐射强迫（TOA）分别为-11.73±11.36 W/m2和-0.41±10.08 W/m2。 此外，在观测到的所有样本中，单次散射反照率（SSA）小于0.9的样本数湿季占75%，干季仅占25％。当SSA大于0.9时，干季样本占比增加到44.5％。这表明，在湿季期间，城市森林过渡区的气溶胶辐射特性转变为吸收主导型，并且湿季TOA值明显高于干季。就其对ARF的影响而言，二次生成的碳质气溶胶组分和生物二次有机气溶胶（BSOA）示踪物在所有其他组分（湿季浓度较高）方面均占主导地位。干季和湿季的有机碳（OC）和BSOA示踪物平均值分别从13.3±4.99μg/ m3，29.5±10.7 ng？m-3增加到17.3±4.47μg/ m3，78.7±43.7 ng？m-3；与此相对应，湿季SSA和TOA的辐射强迫的均方根误差RMSE分别增加了8.4％和16.9％。 从干季到湿季，气溶胶成分和类型的剧烈变化导致气溶胶辐射效应从冷却转为加热。湿季森林生成的碳质气溶胶和BSOA的质量浓度增加，削弱了降温效应。在多种因素例如气象条件，排放源和颗粒物的混合状态的影响下，随着气团的持续传输，ARF甚至会呈现完全相反的效应。受气团起始位置和气溶胶成分寿命的影响，在相似的气溶胶成分分布条件下，由气溶胶的长距离传输引起的ARF不确定性比短距离传输情形高68％。在相似的传输距离下，更强的气溶胶二次转化现象将ARF的不确定性提高了20％。研究为污染区域气溶胶成分变化与传输导致气溶胶辐射强迫效应的不确定性研究提供了定量观测证据。
图1.气溶胶成分季节性变化及辐射效应反转现象
图2. 气溶胶传输对局地辐射效应不确定性影响
图3. 中国东部城市-森林过渡区成分差异和传输方式对气溶胶辐射强迫的影响示意图
Yining Ma, Jinyuan Xin*, Wenyu Zhang, Chongshui Gong, Tianxue Wen, Xiaoyan Wu1, Yuesi Wang, Lili Wang, Fangkun Wu, and Xiang Ding. (2021). Uncertainties of simulated aerosol direct radiative effect induced by aerosol chemical components: A measurement-based perspective from urban-forest transition region in East China. Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 126, e2020JD033688. https://doi.org/10.1029/2020JD033688
