气溶胶的散射和吸收可显著降低能见度并影响地气系统的能量平衡。尽管我国学者针对气溶胶光学特性开展了大量的研究，但是气溶胶辐射强迫的计算仍存在较大的不确定性，其中垂直方向上的光学特性观测缺乏以及棕色碳的吸光特征的不确定性是重要的原因之一。为此，中国科学院大气物理研究所大气边界层和大气化学国家重点实验室孙业乐课题组依托于北京325米气象塔，利用多种光学仪器（黑碳仪、腔衰减相位单散射反照率监测仪、光声消光仪等）和气溶胶质谱仪于260米与地面同步测量气溶胶光学特性和组分，同时利用吊舱系统获取了重污染期间地面至260米之间气溶胶光学特性的精细垂直分布。

图1. 北京冬季一次污染过程中气溶胶光学特性和气象要素的垂直演变。

　　研究表明260米的散射和吸收系数平均比地面低26.5%和22.5%。散射和吸收系数垂直比值（260米/地面）的变化范围为0.1-1.5，说明气溶胶光学特性垂直差异变化非常明显。垂直比值在污染物清除阶段一般比较小（图1），主要是由于260米更快的清除速率导致，但单次散射反照率（SSA）的垂直差异很小，地面的SSA略大于260米。通过分析表明，气溶胶光学特性的垂直差异主要受气象条件、混合层高度、气溶胶氧化程度等因素的影响。研究也表明北京冬季黑碳表面的包覆物能够导致黑碳的吸收截面出现显著增强，且吸收增幅效应随污染程度的增加而增加，主要是受光化学生成的二次气溶胶影响所致（图2）。随着包覆物的增加，二次气溶胶的占比也逐渐增大（图2b）。我们还对北京冬季棕色碳的来源进行了定量研究，结果发现燃煤、二次有机气溶胶和生物质燃烧是北京冬季主要的棕色碳来源，分别贡献48 – 55%，20%和17%。

图2. (a) 不同颗粒物 (PM) 浓度下黑碳的吸收截面与黑碳表面包裹量 (MR = 黑碳包覆物/黑碳)的关系，(b)黑碳表面包裹物化学组分随MR的变化。

　　研究结果发表于Atmospheric Chemistry and Physics，得到了国家自然科学基金和国家重点基础研究计划等项目资助。