黑碳混合态表征技术的比较研究：评估Only-SP2与CPMA-SP2方法对吸收增强效应的精准量化

本研究针对黑碳(BC)混合态表征中传统Only-SP2方法因核心-壳层结构假设和参数选择导致的误差问题，通过自主研发的CPMA-SP2串联系统，系统比较了两种技术对BC老化过程中光学直径(Dopt )和吸收增强(Eabs )的测量差异。发现厚涂层小核颗粒的Eabs 测量更依赖折射指数(RI)选择，而薄涂层大核颗粒误差可达15%，为BC辐射强迫评估提供了关键方法学参考。

　　

【研究背景】
黑碳(BC)作为不完全燃烧产生的强吸光性气溶胶，其气候效应评估长期受混合态表征不准确的困扰。当BC在大气中与无机盐、有机物混合形成"核-壳"结构时，会产生透镜效应增强吸光能力(E_abs
)。传统单颗粒烟尘光度计(SP2)依赖核心-壳层球体假设和预设折射指数(RI)进行Mie理论计算，但实际BC颗粒常呈现不规则分形结构，导致光学直径(D_opt
)和涂层质量比(M_R
)计算存在系统性误差。北京大学深圳研究生院的研究团队通过自主研发的CPMA-SP2串联系统，首次实现了对固定质量BC颗粒的精准筛选与表征，为破解这一方法学难题提供了新思路。

【关键技术】
研究采用离心粒子质量分析仪(CPMA)筛选5 fg固定质量BC颗粒，结合SP2测量核心质量与散射信号，并与单颗粒气溶胶质谱(SP-AMS)联用分析成分。通过对比传统Only-SP2方法（仅用SP2散射信号前缘拟合）与CPMA-SP2结果，系统评估了RI选择、核心大小对D_opt
和E_abs
计算的影响。

【研究结果】

1. 站点与仪器
   在深圳典型城区开展观测，CPMA-SP2系统通过PM_2.5
   旋风分离器和Nafion干燥管保证样品质量。

2. 采样期概况
   高温高湿环境下(29.4±2.4°C，RH 71.8±11.7%)，PM_2.5
   与BC浓度显著相关(R²
   =0.76)。

3. 结论
   对于5 fg BC颗粒：

• 小核(<3.5 fg)厚涂层颗粒接近内部混合态，D_opt
  随RI增加而减小，E_abs
  计算准确
• 大核(>3.5 fg)薄涂层颗粒因分形结构导致E_abs
  误差达15%
• 核心质量占比与涂层厚度共同决定Mie理论适用性

【科学意义】
该研究揭示了BC混合态表征中核心尺寸与老化程度的耦合效应：厚涂层小核颗粒的测量更依赖RI精确选择，而薄涂层大核颗粒则需要考虑形态学修正。CPMA-SP2技术通过质量约束有效降低了参数假设带来的不确定性，为BC辐射强迫评估提供了方法学范式。研究结果对理解气溶胶-云相互作用、边界层气象效应具有重要启示，相关成果发表于《Journal of Environmental Sciences》。