近期，浙江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院李衛(wèi)軍研究員團(tuán)隊(duì)與計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院黃勁教授團(tuán)隊(duì)在地球科學(xué)領(lǐng)域NI頂級(jí)期刊Journal of Geophysical Research: Atmospheres（JGR）和Geophysical Research Letters（GRL）上聯(lián)合發(fā)表了關(guān)于大氣黑碳?xì)馊苣z光吸收的最新研究。

大氣中黑碳?xì)馊苣z強(qiáng)烈吸收太陽(yáng)光，能夠影響對(duì)流層大氣輻射平衡和全球氣候，但準(zhǔn)確模擬其光學(xué)特性一直是一個(gè)挑戰(zhàn)。黑碳具有復(fù)雜的鏈狀分形結(jié)構(gòu)，且形狀和混合結(jié)構(gòu)在大氣老化過(guò)程中不斷發(fā)生變化，現(xiàn)有的光學(xué)模擬技術(shù)很難三維重現(xiàn)這些復(fù)雜的混合結(jié)構(gòu)。目前在外場(chǎng)觀測(cè)、實(shí)驗(yàn)室模擬和模式模擬中，黑碳顆粒的光吸收增強(qiáng)結(jié)果之間存在較大的差異，這在國(guó)際大氣氣溶膠學(xué)術(shù)界引起了激烈的爭(zhēng)論。那么，如何理解目前眾多研究中的差異？實(shí)際大氣中黑碳?xì)馊苣z粒子群的光學(xué)特性演變機(jī)理是怎樣的？

本世紀(jì)初大氣環(huán)境科研界就拋出有關(guān)大氣中黑碳對(duì)大氣吸光增強(qiáng)大小的爭(zhēng)議及對(duì)其對(duì)全球增溫評(píng)估的不確定性，八年前李衛(wèi)軍著手解決該國(guó)際科學(xué)爭(zhēng)議問(wèn)題。經(jīng)過(guò)反復(fù)研究，確定最佳路線是利用透射電鏡觀測(cè)，獲得納米級(jí)的黑碳?xì)馊苣z單顆粒的復(fù)雜形貌及混合狀態(tài)的圖像，將其轉(zhuǎn)化為仿真3D模型，并進(jìn)一步輸入到光學(xué)模式進(jìn)行模擬計(jì)算。在該思路的驅(qū)動(dòng)下，地科院李衛(wèi)軍和計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院黃勁聯(lián)合研發(fā)了全球首套仿真黑碳建模工具Electron-Microscope-to-BC-Simulation（EMBS）。將透射電子顯微鏡單顆粒分析和計(jì)算機(jī)三維仿真技術(shù)結(jié)合，突破了三維仿真模擬黑碳單顆粒光學(xué)特性的技術(shù)難題，進(jìn)而應(yīng)用大氣黑碳?xì)馊苣z三維仿真技術(shù)在提出了大氣黑碳?xì)馊苣z粒子群的光吸收增強(qiáng)的演變機(jī)理。

這一技術(shù)突破在真實(shí)黑碳微觀形貌結(jié)構(gòu)和光學(xué)模擬計(jì)算之間架設(shè)起一座新的橋梁，為模擬真實(shí)大氣黑碳形貌結(jié)構(gòu)并減小黑碳光學(xué)模擬和氣候效應(yīng)評(píng)估的偏差提供了一條新路徑。同時(shí)，他們基于新技術(shù)提出了大氣真實(shí)黑碳?xì)馊苣z光吸收增強(qiáng)模擬的新框架，闡釋了實(shí)際大氣中黑碳光吸收增強(qiáng)的演變機(jī)理，這對(duì)于大氣黑碳?xì)馊苣z的光學(xué)模擬、氣候效應(yīng)評(píng)估具有重要意義。

本課題受到國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目和浙江省自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目支持。以上發(fā)表論文第一作者為地球科學(xué)學(xué)院博士生王園園和通訊作者為地球科學(xué)學(xué)院李衛(wèi)軍研究員，更多關(guān)于該課題組工作詳見(jiàn)：https://person.zju.edu.cn/liwj。

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https://doi.org/10.1029/2021JD034620.

https://doi.org/10.1029/2021GL096437