PIFI国际杰出学者访问计划:瑞典斯德哥尔摩大学Örjan Gustafsson教授访问广州地化所

应张干研究员的邀请,瑞典斯德哥尔摩大学Örjan Gustafsson教授于2019年10月11-17日对中国科学院广州地球化学研究所进行了学术访问,并开展讲学与合作研究。Örjan Gustafsson是国际上知名的有机地球化学家\瑞典皇家科学院院士,获2019年度“中国科学院国际人才计划”(PIFI)中的“国际杰出学者”(原“爱因斯坦讲席教授”)资助来我院、我所访问。Gustafsson教授近年主要针对北极永冻土碳-气候耦合,东亚及南亚大气棕色云气溶胶来源及辐射效应展开研究,擅长利用分子同位素探针技术追踪有机物的来源及降解状态,以深入了解有机物的环境作用。他还开创了许多分子同位素探针技术,将其应用于气溶胶,北极永冻土的研究中,对全球气候变化的研究做出了重要贡献。他已发表了200多篇高水平文章,包括Nature,Science,PNAS,Nature Geoscience,Nature communications等国际重要刊物。

10月13日下午,Örjan Gustafsson为所内师生做了题为“Combining isotope organic geochemistry and aerosol optics to close the model-observation gap of aerosol light absorption over Asia”的学术报告。该报告以亚洲大气棕色云(ABC)为切入点,聚焦印度、中国大陆等热点地区,通过稳定碳同位素—放射性碳同位素手段解析了碳质气溶胶来源,并深入讨论了碳质气溶胶对辐射强迫,区域气候变化的影响。尽管时值周日,报告依旧吸引了众多师生的参与和热烈讨论。报告结束后,张干为Örjan Gustafsson颁发了中国科学院PIFI“国际杰出学者”证书。10月16日上午,Örjan Gustafsson再一次做了题为“Sources and fate of terrestrial carbon and methane in Arctic Coastal seas”的报告,分享了他在西伯利亚北极地区长期观测的有机碳及甲烷碳同位素组成的变迁,以及背后反映的全球气候问题。

在所期间,Örjan Gustafsson与所内十多名学生进行了深入的单独交流,对他们当前的工作给予了充分肯定,提供了有益建议。而下一步的合作研究和学生互访计划也有了重要的进展。正如他所说,这是一次非常有建设性,令人愉悦的访问。

中国科学院国际人才计划(PIFI)是为了快速提升我院科研队伍的国际化水平,在全球范围内吸引优秀人才的战略部署,每年设置七类资助项目。其中,国际杰出学者项目属于最高资助类别,资助对象为在科技领域取得卓越成就且依旧活跃在世界科技舞台的外国杰出科技人才。Örjan Gustafsson 2019年度PIFI“国际杰出学者”项目申报的依托单位是广州地化所,中方合作者是张干研究员。他此次中国行的时间为10月6-18日,除广州地化所外,他还访问了北京大学、中科院青藏高原所、中科院西北生态环境资源研究院、中科院南海海洋研究所、及暨南大学。

张干授予Orjan Gustufsson中国科学院PIFI杰出访问学者证书。

Orjan Gustafsson在广州地化所做了两场学术报告。

在中国科学院青藏高原所的安排下,Orjan Gustufsson访问了该所青藏高原纳木错野外观测站。

JGR-A: 中国干旱/半干旱地区盐尘暴大气颗粒物吸湿性

唐明金 研究员

由干旱和半干旱地区地表排放进入大气的矿质颗粒物是一种非常重要的大气颗粒物,其年排放量居于全球第二位,而大气含量则居于全球第一位。一般认为,这些矿质颗粒物主要由石英、长石、伊利石、高岭石、蒙脱石和碳酸盐矿物组成,其吸湿性很弱。最近几年的外场观测表明,矿质颗粒物,尤其是从干盐湖和盐碱地表面排放进入大气的矿质颗粒物,除了上述吸湿性很弱的矿物之外,往往还含有一定量的水溶性盐(如氯化钠和硫酸钠等)。与沙尘暴相对应,这类矿质颗粒物常被俗称为盐尘暴颗粒物。然而,目前关于盐尘暴大气颗粒物吸湿性的科学认识还基本上处于空白阶段。

图1:土壤样品采样点的地理分布

中国科学院广州地球化学研究所唐明金研究员课题组针对这一问题展开深入研究。他们购买和采集了十三个中国干旱和半干旱地区地表土壤样品(如图1所示,采样点东起黄河三角洲,西至新疆罗布泊),使用X射线衍射仪测定了这些样品的矿物组分,使用离子色谱仪分析了它们的水溶性离子成分,并使用蒸汽吸附分析仪研究了这些样品的吸湿性。研究发现,不同样品的吸湿性存在着很大的差异;具体来说,相对湿度为90%和<1%时颗粒物样品质量比(即吸湿增长因子)最小仅为1.02,最大则可达6.7。盐尘暴颗粒物的吸湿性主要决定于其矿物组分和水溶性离子成分;吸湿性较强的颗粒物往往含有一定量的石盐和芒硝,而这些颗粒物的吸湿性与水溶性阴阳离子的含量呈现出较好的相关性。该研究进一步基于水溶性阴阳离子的含量,使用气溶胶热力学模型(ISORROPIA-II)模拟了90%相对湿度下这些样品的吸湿增长因子,发现总体上计算结果与实测结果较为吻合。

图2:90%相对湿度下颗粒物样品的吸湿增长因子:计算结果与实测结果的对比。

该研究表明,某些矿质颗粒物可能具有一定乃至较强的吸湿性,这可能将改变我们关于矿质颗粒物吸湿性的科学认识,进而帮助我们更好地了解矿质颗粒物在大气化学和气候系统中的作用。

本项研究发表在Journal of Geophysical Research: Atmosphere上,受到国家自然科学基金委“中国大气复合污染的成因与应对机制的基础研究”重大研究计划(91744204和91644106)以及中国科学院“百人计划”等项目的资助。

论文信息:Tang, M. J., Zhang, H. H., Gu, W. J., Gao, J., Jian, X., Shi, G. L., Zhu, B. Q., Xie, L. H., Guo, L. Y., Gao, X. Y., Wang, Z., Zhang, G. H., and Wang, X. M.: Hygroscopic properties of saline mineral dust from different regions in China: geographical variations, compositional dependence and atmospheric implications, J. Geophys. Res.-Atmos, doi: 10.1029/2019jd031128, 2019.

https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2019JD031128

ACP: 大气颗粒物吸湿性测量技术综述

唐明金 研究员

吸湿性是大气颗粒物最重要的理化性质之一,在很大程度上决定了大气颗粒物的化学反应活性及直接和间接气候效应。此外,物质的吸湿性也是包括化学热力学、表面科学、催化科学、材料科学、地球化学和行星科学等多个基础和应用研究领域所关注的重要问题。相应地,来自不同领域的科研和技术人员也开发了多种吸湿性测量技术,这些技术在原理、设计、造价及具体研究对象上存在着很大的差异。

近日,中国科学院广州地球化学研究所有机地球化学国家重点实验室唐明金研究员在Atmospheric Chemistry and Physics上发表了一篇题为A review of experimental techniques for aerosol hygroscopicity studies的文章,首次系统评述了目前已有的吸湿性测量技术。这篇长达45000多字的文章以样品的存在状态把吸湿性测量技术(共二十余种)分为四大类,即1)溶液样品、2)放置在基底上的颗粒物样品、3)处于悬浮状态的单颗粒物样品、4)气溶胶颗粒物样品。对于每一种技术,该文章首先简要叙述了其测量原理和基本构造,并通过引用和评述代表性研究以介绍该技术在大气颗粒物吸湿性研究中的应用。最后,该文章总结了每一种技术在各个关键指标上的优势和不足,并讨论了未来吸湿性测量技术研发和应用的主要方向。

这项工作受到国家自然科学基金委“中国大气复合污染的成因与应对机制的基础研究”重大研究计划(91744204、91644106和91844301)以及中国科学院“百人计划”等项目的资助,合作者包括香港城市大学Chak Chan教授、澳门大学黎永杰助理教授、德国马普化学研究所苏杭教授、中国科学院生态环境研究中心马庆鑫研究员和贺泓院士、北京大学吴志军研究员和胡敏教授、香港理工大学王哲助理教授、中国科学院化学研究所葛茂发研究员以及中国科学院广州地球化学研究所张国华副研究员和王新明研究员。

文章信息:Tang, M. J., Chan, C. K., Li, Y. J., Su, H., Ma, Q. X., Wu, Z. J., Zhang, G. H., Wang, Z., Ge, M. F., Hu, M., He, H., and Wang, X. M.: A review of experimental techniques for aerosol hygroscopicity studies, Atmos. Chem. Phys., 19, 12631-12686, 2019.

论文链接:https://www.atmos-chem-phys.net/19/12631/2019/