??大氣氣溶膠（簡(jiǎn)稱氣溶膠）是指大氣與懸浮在其中的固體和液體微粒共同組成的多相體系，盡管氣溶膠只是地球大氣成分中含量很少的組分，但由于其獨(dú)特的理化性質(zhì)及其在大氣中發(fā)生的各種物理化學(xué)反應(yīng)，對(duì)地球氣候和環(huán)境系統(tǒng)造成了顯著影響，成為國(guó)際大氣化學(xué)研究中最前沿的領(lǐng)域。氣溶膠被認(rèn)為是與溫室氣體、土地利用、太陽活動(dòng)等同等重要的全球氣候變化的驅(qū)動(dòng)因子，也是氣候強(qiáng)迫中最不確定性的因子之一，是當(dāng)前國(guó)際熱門課題。

　　近年來，有關(guān)氣溶膠研究的文章呈指數(shù)增長(zhǎng)?！?/span>Nature》，《Science》等國(guó)際頂尖科學(xué)雜志不斷報(bào)道該領(lǐng)域的最新研究成果，2005年以來出版了有關(guān)氣溶膠、空氣污染和氣候變化的論文每年達(dá)十?dāng)?shù)篇，這在2個(gè)雜志的歷史上均屬罕見。世界許多國(guó)家已投入巨額科研基金用于氣溶膠的太空、地面及航空測(cè)量和模擬研究。如僅聯(lián)合國(guó)環(huán)境署一個(gè)機(jī)構(gòu)就在亞太地區(qū)的大氣棕色云研究中投入了1500多萬美元。

　　一、國(guó)內(nèi)近五年的主要研究進(jìn)展

　　1．氣溶膠研究項(xiàng)目與投入

　　近5年，以國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃973為支撐，我國(guó)開展 “長(zhǎng)江、珠江三角洲地區(qū)土壤和大氣環(huán)境質(zhì)量變化規(guī)律與調(diào)控原理”、“燃燒源可吸入顆粒物的形成與控制技術(shù)基礎(chǔ)研究”、“中國(guó)酸雨沉降機(jī)制、輸送態(tài)勢(shì)及調(diào)控原理”、“中國(guó)大氣氣溶膠及其氣候效應(yīng)的研究”等氣溶膠研究相關(guān)的理論研究，這些項(xiàng)目的經(jīng)費(fèi)投入均在3000萬元左右。在資源環(huán)境技術(shù)領(lǐng)域，國(guó)家科技部于2007年開始重點(diǎn)支持北京大學(xué)牽頭的863計(jì)劃— “重點(diǎn)城市群大氣復(fù)合污染防治技術(shù)與集成示范”重大項(xiàng)目，總經(jīng)費(fèi)投入由國(guó)家資助經(jīng)費(fèi)1.5億元，廣東省配套經(jīng)費(fèi)1億元。此外，每年還有多項(xiàng)國(guó)家自然科學(xué)基金委的面上項(xiàng)目，重點(diǎn)項(xiàng)目乃至杰青項(xiàng)目以及有關(guān)部委的專門項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)支持，開展前沿的氣溶膠科學(xué)研究。

　　2．我國(guó)氣溶膠研究的主要成果和進(jìn)展

　　我國(guó)在大氣氣溶膠光學(xué)特性、超細(xì)粒子譜分布、化學(xué)成分在線測(cè)量，以及基于飛機(jī)觀測(cè)、衛(wèi)星遙感測(cè)量氣溶膠等得到了顯著的發(fā)展，基于網(wǎng)絡(luò)化的氣溶膠長(zhǎng)期、業(yè)務(wù)觀測(cè)系統(tǒng)建設(shè)以及實(shí)驗(yàn)室研究氣溶膠特性和機(jī)制取得重要進(jìn)展。

　　1）利用帶電顆粒在電場(chǎng)中的電遷移測(cè)量（DMA）并結(jié)合APS技術(shù)獲得更寬范圍粒子譜分布的測(cè)試技術(shù)，對(duì)我國(guó)城市和鄉(xiāng)村背景地區(qū)，如北京、南京、珠江三角洲地區(qū)、長(zhǎng)江三角洲地區(qū)、以及全球大陸本底地區(qū)（青海瓦里關(guān)）開展了氣溶膠超細(xì)粒子譜的直接觀測(cè)。研究了細(xì)粒子和超細(xì)粒子的譜分布特征及新粒子生成、演變等。

　　2）利用氣溶膠質(zhì)譜儀（Aerosol Mass Spectrometer，AMS）或氣溶膠飛行時(shí)間質(zhì)譜儀（Aerosol Time-of-flight Mass spectrometer, ATOFMS）實(shí)時(shí)在線測(cè)量氣溶膠亞微米粒子粒徑和化學(xué)成分，研究了硫酸鹽、硝酸鹽、氯化物和有機(jī)物的在亞微米粒徑段的化學(xué)成分粒徑分布和快速變化，初步分析了有機(jī)氣溶膠的來源和二次有機(jī)氣溶膠產(chǎn)生和演變。

　　3）通過包括氣溶膠光學(xué)特性和親水增長(zhǎng)的綜合觀測(cè)試驗(yàn)研究和網(wǎng)絡(luò)化的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，對(duì)我國(guó)大氣氣溶膠輻射特性及時(shí)、空分布特征有了進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)。發(fā)現(xiàn)在我國(guó)許多城市地區(qū)，以及長(zhǎng)江三角洲地區(qū)、珠江三角洲地區(qū)氣溶膠散射系數(shù)、吸收系數(shù)都數(shù)值較高，且氣溶膠具有較強(qiáng)的輻射吸收特點(diǎn)；氣溶膠親水增長(zhǎng)的研究顯示我國(guó)不同區(qū)域氣溶膠親水增長(zhǎng)因子有較明顯的地區(qū)差別和季節(jié)變化，氣溶膠親水增長(zhǎng)特性與氣溶膠化學(xué)成分有關(guān)，通常硫酸鹽等含量較高有利于氣溶膠的親水增長(zhǎng)。氣溶膠顆粒物中細(xì)粒子比例越高，硫酸根離子、硝酸根離子、銨根離子等可溶性成分濃度越高，氣溶膠顆粒的親水能力則越強(qiáng)。有機(jī)碳對(duì)氣溶膠親水增長(zhǎng)的影響較復(fù)雜，一般情況下，有機(jī)碳濃度越低，氣溶膠的親水能力越強(qiáng)。對(duì)30～400 nm粒徑的粒子親水增長(zhǎng)測(cè)量發(fā)現(xiàn)，氣溶膠在積聚模態(tài)粒子的粒徑親水增長(zhǎng)因子最高，且隨著粒徑的減小親水增長(zhǎng)因子顯著降低。但在大粒子端（350 nm），氣溶膠親水增長(zhǎng)因子受到粒子中非親水性成分的增加影響而出現(xiàn)降低。

　　4）中國(guó)氣象局系統(tǒng)和中國(guó)科學(xué)院系統(tǒng)都先后建立了相應(yīng)的觀測(cè)臺(tái)站網(wǎng)，對(duì)不同波段氣溶膠光學(xué)厚度展開了遙感觀測(cè)。國(guó)際上相應(yīng)網(wǎng)(AERONET)也在中國(guó)建立了若干觀測(cè)點(diǎn)，用于校準(zhǔn)衛(wèi)星遙感氣溶膠光學(xué)厚度的精度和改進(jìn)反演方法，并用于氣溶膠氣候效應(yīng)的研究以及大范圍氣溶膠的環(huán)境效應(yīng)；利用激光雷達(dá)探測(cè)大氣氣溶膠垂直分布的能力有了較大發(fā)展。進(jìn)入21世紀(jì)以來，我國(guó)己研制和引進(jìn)了各種用于監(jiān)測(cè)氣溶膠的激光雷達(dá)，包括基于米散射的激光雷達(dá)，多波段激光雷達(dá)，有測(cè)量偏振波的激光雷達(dá)，也有帶喇曼散射的激光雷達(dá)。這些裝備除了能探測(cè)測(cè)站上方氣溶膠消光系數(shù)的垂直分布以外，還能測(cè)量氣溶膠粒子尺度分布特征在垂直方向的分布，以及氣溶膠消光后向散射比在垂直方向的分布；由中國(guó)氣象局、中國(guó)科學(xué)院氣溶膠特性地基觀測(cè)網(wǎng)、以及中國(guó)大氣本底監(jiān)測(cè)站網(wǎng)和大氣成分監(jiān)測(cè)網(wǎng)（包括中國(guó)氣象局、中國(guó)科學(xué)院、國(guó)家環(huán)保部的站網(wǎng)建設(shè)）取得了重要的進(jìn)展，具有不同程度對(duì)氣溶膠連續(xù)質(zhì)量濃度監(jiān)測(cè)儀（PM10/PM2.5，TEOM）、散射系數(shù)／吸收特性（Nephelometer M9003/Tsi3563、Aethalometer／MAAP／PSAP）、氣溶膠化學(xué)成分采樣系統(tǒng)、氣溶膠數(shù)濃度（CPC，TSI3010）、能見度儀（FD12,Vasaila）、氣溶膠光學(xué)厚度（Sunphotometer，Cimel 318），以及干沉降等、激光雷達(dá)觀測(cè)等長(zhǎng)期觀測(cè)能力。

　　5）在大氣氣溶膠飛機(jī)測(cè)量技術(shù)。通過先后引進(jìn)了機(jī)載的PMS和DMT測(cè)量系統(tǒng)，在北京和華北地區(qū)的觀測(cè)了不同天氣條件下氣溶膠數(shù)密度和粒子譜隨高度分布；利用飛機(jī)搭載較綜合的大氣氣溶膠及其前體物測(cè)量?jī)x器，研究我國(guó)大氣污染分布和傳輸，以及大氣污染與云和降水影響等。揭示了區(qū)域性復(fù)合污染的時(shí)、空分布特征。

　　6）實(shí)驗(yàn)室模擬技術(shù)。在實(shí)驗(yàn)室利用多功能煙霧箱，結(jié)合其它在線測(cè)量技術(shù)研究機(jī)動(dòng)車尾氣排放、模擬不同環(huán)境條件下大氣氣溶膠生成、粒子譜變化以及反應(yīng)機(jī)制、模擬不同環(huán)境因素條件（溫度、濕度、酸堿度、光照強(qiáng)度、光照時(shí)間）對(duì)天然源二次有機(jī)氣溶膠形成速率以及氣相顆粒相化學(xué)組分的影響。

　　7）在碳?xì)馊苣z（OC/EC）研究方面，近幾年我國(guó)取得了較大進(jìn)展。這些成就包括：碳?xì)馊苣z排放狀況研究；OC和EC的時(shí)空分布研究以及OC和EC的來源解析的研究工作。發(fā)現(xiàn)我國(guó)生煤的BC和OC排放因子最高，無煙蜂窩煤球排放因子最低；根據(jù)測(cè)量的農(nóng)村居民使用生物質(zhì)燃燒的排放因子和國(guó)家統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，獲得了我國(guó)燃煤和生物質(zhì)燃料排放的BC和OC量。在OC、EC分布上，發(fā)現(xiàn)我國(guó)大氣中OC、EC含量明顯偏高；OC與EC的含量一般在冬季達(dá)到最高值，夏季較低。這主要與我國(guó)北方冬季采暖和夏季降水清除和擴(kuò)散能力較強(qiáng)有關(guān)。在城市大氣中，如西安，秋冬季碳?xì)馊苣z不同來源的貢獻(xiàn)有顯著不同：秋季汽油車尾氣比例最高，其次是柴油車尾氣和生物質(zhì)燃燒；冬季燃煤貢獻(xiàn)與汽油車尾氣貢獻(xiàn)最高且大小相當(dāng)，生物質(zhì)燃燒和柴油車貢獻(xiàn)相對(duì)較小。

　　8）隨著國(guó)內(nèi)外對(duì)我國(guó)沙塵暴研究的重視，采用新的分析技術(shù)對(duì)沙塵氣溶膠的礦物成分特點(diǎn)以及有關(guān)沙塵氣溶膠的來源以及沙塵氣溶膠輻射特性和氣候效應(yīng)的研究也取得了顯著的進(jìn)展。①在沙塵氣溶膠的源地示蹤技術(shù)上，利用我國(guó)沙塵源區(qū)沙塵氣溶膠源譜特征和元素與同位素分析示蹤，研究城市和污染地區(qū)大氣中沙塵氣溶膠源。通過對(duì)不同區(qū)域沙塵氣溶膠的碳氧同位素組成研究，發(fā)現(xiàn)碳氧同位素可以作為沙塵氣溶膠來源指示的可靠指標(biāo)；②初步形成我國(guó)沙塵暴地面、衛(wèi)星監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)；③在沙塵氣溶膠氣候效應(yīng)研究方面，發(fā)現(xiàn)源于中國(guó)沙漠的沙塵氣溶膠與其他沙塵模型相比復(fù)折射指數(shù)偏低,對(duì)太陽輻射的吸收性較弱。沙塵長(zhǎng)距離輸送過程,沙塵氣溶膠和當(dāng)?shù)靥鞖庀到y(tǒng)相互作用產(chǎn)生有意義的氣候效應(yīng)。揚(yáng)沙和沙塵暴天氣能增加大氣中大核和巨核的濃度,促進(jìn)云中水汽的活化,使降水提前出現(xiàn)。當(dāng)?shù)V物沙塵粒子同時(shí)作為有效的云凝結(jié)核和冰核參與云的發(fā)展時(shí),冰核濃度增加使水成物有效半徑減小,抑制了降水,云內(nèi)存留的大量冰晶能增強(qiáng)云的光學(xué)厚度和反照率。二、國(guó)內(nèi)外比較

　　由于氣溶膠在全球的分布具有高度的時(shí)空變化特征，我國(guó)是沙塵、黑碳、硫酸鹽等氣溶膠的高排放區(qū)域，氣溶膠研究的國(guó)際合作較為活躍。1999年由國(guó)際大氣化學(xué)委員會(huì)（IGAC）發(fā)起組織的亞洲氣溶膠特征實(shí)驗(yàn)（ACE-Asia）就是一項(xiàng)頗具代表性的國(guó)際合作研究成果，由美國(guó)、日本、韓國(guó)、中國(guó)、加拿大、俄羅斯等國(guó)參加。ACE-Asia的最主要科學(xué)目標(biāo)是減小氣溶膠引起的氣候影響計(jì)算中的不確定性，并定量分析這一地區(qū)復(fù)雜的大氣、氣溶膠和云組成的多相系統(tǒng)。ACE-Asia實(shí)驗(yàn)較大地帶動(dòng)了國(guó)內(nèi)一些研究單位的氣溶膠研究水平，并通過國(guó)際合作發(fā)表一批學(xué)術(shù)研究論文，包括在《Journal of Geophysical Research》出版一本有史以來最厚的一本專輯，具有很高的國(guó)際影響。2005年重大國(guó)際合作計(jì)劃－季風(fēng)亞洲區(qū)域集成研究計(jì)劃（MAIRS）中有專門進(jìn)行氣溶膠集成研究的項(xiàng)目，目前也正在促進(jìn)國(guó)內(nèi)氣溶膠研究的觀測(cè)與模擬研究。此外，還有一些單位積極參加國(guó)際組織的氣溶膠聯(lián)合觀測(cè)與研究計(jì)劃，也較好推動(dòng)了國(guó)內(nèi)氣溶膠的合作研究，如北京大學(xué)在珠三角地區(qū)牽頭開展的綜合觀測(cè)計(jì)劃PRIDE-PRD，有德國(guó)、日本等國(guó)科學(xué)家參加，他們聯(lián)合在《Atmospheric Environment》上發(fā)表了一期專輯論文。

　　二、存在問題

　　與國(guó)際先進(jìn)氣溶膠研究相比，國(guó)內(nèi)氣溶膠研究尚存在較大差距，如在先進(jìn)分析儀器的設(shè)計(jì)開發(fā)、功能先進(jìn)齊全的數(shù)值模式開發(fā)、新的理論研究思路、綜合觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)同化技術(shù)，空間氣溶膠觀測(cè)技術(shù)如遙感衛(wèi)星、航測(cè)飛機(jī)等方面明顯不如，這些都是需要國(guó)內(nèi)氣溶膠研究者大力發(fā)展的領(lǐng)域。此外，國(guó)內(nèi)學(xué)者在國(guó)際頂尖雜志《Nature》、《Science》等刊物上獨(dú)立發(fā)表原創(chuàng)性研究論文的能力還亟待提高。

　　三、 展望本學(xué)科發(fā)展趨勢(shì)

　　氣溶膠研究是一個(gè)既有重要理論需求，又有緊迫實(shí)際應(yīng)用需求的學(xué)科。從近期氣溶膠及其對(duì)環(huán)境、氣候效應(yīng)研究的需求上，除了進(jìn)一步加強(qiáng)我國(guó)自主氣溶膠測(cè)量?jī)x器研發(fā)能力，提升我國(guó)氣溶膠綜合探測(cè)能力和研究水平，下面幾個(gè)方面也是目前迫切需要解決的問題：

　　（1）氣溶膠吸收特性測(cè)量還存在很大不確定性。通過對(duì)不同觀測(cè)技術(shù)的比較、分析,定量評(píng)估氣溶膠吸收系數(shù)測(cè)量的不確定性是下一步亟待解決的問題。

　?。?/span>2）我國(guó)具有綜合氣溶膠探測(cè)能力的飛機(jī)觀測(cè)平臺(tái)與國(guó)際發(fā)達(dá)國(guó)家相比還有較大的差距。建立具有多種功能的綜合飛機(jī)觀測(cè)平臺(tái)/飛行實(shí)驗(yàn)室是下一步亟待解決的問題。

　?。?/span>3）大氣光氧化劑與氣溶膠顆粒物間復(fù)雜的耦合相互作用,是國(guó)際大氣化學(xué)研究的前沿和熱點(diǎn)課題。二次光化學(xué)氧化劑和氣溶膠顆粒物之間非均相過程的實(shí)驗(yàn)室研究是深入認(rèn)識(shí)這兩者間耦合相互作用的關(guān)鍵。未來需要加強(qiáng)二次光化學(xué)氧化劑與氣溶膠間的非均相過程的實(shí)驗(yàn)室研究和相關(guān)技術(shù)的發(fā)展。

　?。?/span>4）與國(guó)外已有的工作相比，我國(guó)系統(tǒng)深入的碳?xì)馊苣z研究尚嫌不足，有關(guān)碳?xì)馊苣z標(biāo)準(zhǔn)采樣和精確測(cè)量、特征和源譜的系統(tǒng)深入研究比較缺乏。未來研究應(yīng)注重有機(jī)碳和元素碳的綜合對(duì)比研究、加強(qiáng)對(duì)水溶性有機(jī)碳研究、開展主要碳?xì)馊苣z來源的定量解析，加強(qiáng)碳?xì)馊苣z化學(xué)分析技術(shù)和方法的研究，規(guī)范碳同位素的測(cè)量及其它氣溶膠的化學(xué)測(cè)量方法同步使用等。