Fig. 1. Schematisk beskrivning av aerosol-PBL-interaktioner med absorptionsaerosolskikt under RL, absorptionsaerosolskikt ovanför RL, rent spridande aerosolskikt under RL, och rent spridande aerosolskikt ovanför RL. Kredit:XIN Jinyuan
Atmosfäriskt planetariskt gränsskikt (PBL), även kallat det atmosfäriska gränsskiktet, är det område i den nedre troposfären där jordens yta starkt påverkar temperaturen, fukt och vind genom den turbulenta överföringen av luftmassa. PBL kontrollerar spridningen av luftföroreningar och är nära relaterat till människoliv.
Tidigare studier har visat att den positiva återkopplingen av aerosol och PBL är en viktig faktor vid disepisoder. Dock, vilken roll olika typer av aerosol (spridning och absorption) har i utvecklingen av PBL är fortfarande oklar.
"Vi upptäckte att aerosolen ibland fungerar som en spis, en kupol och till och med ett paraply på PBL, beroende på dess optiska egenskaper och höjder." Sa Prof. Xin Jinyuan från Institute of Atmospheric Physics (IAP) vid den kinesiska vetenskapsakademin.
I en nyligen publicerad studie i Geofysiska forskningsbrev , Prof. Xin och Prof. Scot T. Martin från Harvard University konstruerade modellen av aerosolspis, kupol, och paraplyeffekter med hjälp av en simuleringsmodell med stor virvel som är inkorporerad med observationer av en typisk stillastående väderdag.
PBL består av en bottom-up-struktur av ett nära ytan stabilt gränsskikt (SBL), ett restlager (RL), och ett täckande inversionsskikt (CIL) under natten; och ett konvektionsgränsskikt (CBL) och ett CIL under dagtid.
"Vi fann att ökningen av absorptionsaerosolkoncentrationen under RL kraftigt upphettade den lägre atmosfären, framkallade indragningen, och främjade PBL-utvecklingen. Vi kallar det aerosol spiseffekt, " sa prof. Xin.
Fig. 2 Schematiskt diagram för appliceringen av aerosolkaminen, kupol, och paraplyeffekt under NCP disiga händelser. (a) Sydlig transportscenario för NCP-regionen. (b) Disbildningsprocess tolkad av "dubbla hämningar". Kredit:XIN Jinyuan
För absorptionsaerosolskiktet ovanför RL, enligt studien, ökningen av aerosolkoncentrationen som fångar mer solstrålning uppvärmde kraftigt temperaturinversionsskiktet. Detta stärkte inversionsintensiteten och uppvisade en stark hämning på PBL. Detta kallas kupoleffekt eftersom det fungerar som ett lock för att hindra utvecklingen av PBL.
I fall av ren spridning av aerosol, undertryckandet av PBL beror på aerosolbelastning snarare än höjden på aerosolskiktet, så aerosolen är som ett paraply som reflekterar solstrålningen tillbaka till rymden.
Resultaten visar att det finns en övergångshöjd, ovanför vilken absorptionsaerosol dominerar undertryckandet av PBL (kupoleffekt> aloft paraplyeffekt) och under vilken den rent spridande aerosolen är viktigare (ytparaplyeffekt> spiseffekt). Denna övergångshöjd är starkt relaterad till RL-höjden.
Dessa resultat ger vetenskapliga referenser för strategier för föroreningskontroll. Det är nödvändigt att strikt kontrollera de förbränningsaktiviteter som producerar en stor mängd absorptionsföroreningar (t.ex. svart kol och brunt kol) i uppvindsområdet i södra North China Plain (NCP) för att undvika kupoleffekten.
För den lokala NCP, åtgärder som fordonsbegränsning och avsvavling av kolförbränning bör stärkas särskilt för att minska utsläppen av spridningsaerosol och dess gasformiga prekursorer (t.ex. svaveldioxid och kväveoxid) för att eliminera paraplyeffekten på ytan.
