研究背景

       黑碳（black carbon, BC）是全球大气气溶胶的主要光吸收体，可以通过对太阳辐射的吸收和散射，直接影响地-气系统的能量平衡；同时，其作为云凝结核和冰晶核能改变云层反射率及云的生命周期，对大气辐射平衡的间接影响更为深远。对于老化的颗粒物，除黑碳本身的吸光外，光在经过包裹层时会发生折射和内部反射，使更多的光聚集到黑碳“核”中，进而吸收更多的光。包裹层在这个过程中扮演着“透镜”一样的角色，产生的“透镜效应”使颗粒物的光吸收得到增强。包裹层对黑碳颗粒物产生的光吸收增强效应通常使用光吸收增强因子（absorption enhancement factor, E_abs）来表征。

       黑碳气溶胶的混合状态是决定其E_abs的重要因素，然而，无论是准确表征黑碳气溶胶的混合态，还是量化评价各混合态对于其E_abs的影响，都是当前研究的难点。

研究方法和结果

 团队基于外场观测，通过分析黑碳气溶胶群体包裹材料的分布情况，发现了包裹材料的不均一性可导致黑碳气溶胶群体的光吸收增强因子较低。同时，结合改进的Mie理论模型数值模拟，考虑混合态多样性及群体内包裹材料分布情况的模拟值与观测结果更为一致（图1）。

 在黑碳气溶胶混合态发生剧烈变化的实例研究中，发现在颗粒物群体中非BC与BC质量比（RBC）为2的区间存在一个限制黑碳气溶胶混合结构的过渡阶段（图2）。当RBC < 2时，黑碳气溶胶的包裹材料不足以包裹BC核，产生的Eabs的比较小（~1.06）；当RBC > 2时，黑碳气溶胶的Eabs随着RBC的增加而增加，此时BC核已被包裹材料完全覆盖。

结语

 这项研究以外场观测工作和改进的光学模型突出了黑碳气溶胶混合态差异对于光吸收增强的重要性。在大尺度模型中，应该将黑碳气溶胶的混合态多样性考虑进去，以增加气溶胶辐射强迫计算的准确性。

 南方科技大学研究助理教授翟璟豪为论文第一作者，杨新教授为通讯作者，其他合作单位包括复旦大学、佐治亚理工大学及加州理工大学。研究工作得到了国家自然科学基金、广东省重点领域研究与发展计划、广东省大湾区滨海大气环境与气候背景站等的支持。

 文章链接：

        1. Zhai, J., Yang, X., Li, L., Bai, B., Liu, P., Huang, Y., et al. (2022). Absorption enhancement of black carbon aerosols constrained by mixing-state heterogeneity. Environmental Science & Technology, 56(3), 1586-1593. https://doi.org/10.1021/acs.est.1c06180

        2. Zhai, J., Yang, X., Li, L., Ye, X., Chen, J., Fu, T.-M., et al. (2022). Direct observation of the transitional stage of mixing-state-related absorption enhancement for atmospheric black carbon. Geophysical Research Letters, 49, e2022GL101368. https://doi.org/10.1029/2022GL10136