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行业动态|中科院大气物理研究所武云飞团队研究揭示排放控制和气象输送对北京地区黑碳气溶胶变化特征的影响
发(fa)布(bu)时间:2021-06-19 浏览量: 扫(sao)码访问(wen)(wen)

近(jin)日(ri),中国科(ke)学院大气物理研(yan)究所(suo)武云飞老师课题组(zu)利(li)用(yong)北(bei)京地区(qu)多站点(dian)Aethalometer®黑(hei)(hei)碳仪的观测资(zi)料(liao),分析了黑(hei)(hei)碳气溶胶(jiao)的时空变(bian)化特(te)征及影(ying)响(xiang)因素。此(ci)项研(yan)究成果对深入(ru)了解我国典型城(cheng)市区(qu)域近(jin)地面黑(hei)(hei)碳气溶胶(jiao)的变(bian)化趋势(shi)、定(ding)量评估(gu)城(cheng)市大气污(wu)染的减排(pai)效果具(ju)有(you)一定(ding)借鉴意义。文章在环境领域知名(ming)学术(shu)期刊Chemosphere上发表。

合(he)作(zuo)单(dan)位:中(zhong)国科学院地球环境研究所,中(zhong)国气象局气象探测(ce)中(zhong)心
关(guan)键(jian)词:黑碳、北京、排(pai)放管控(kong)、传输变化
第一作者:夏芸洁(博士研(yan)究生)
通讯作者:武云飞(fei)副研(yan)究员(yuan)
原文链接:http://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2020.126849

背景介绍
由于化(hua)石(shi)能(neng)源(yuan)的(de)(de)高(gao)消耗,中国(guo)被认为(wei)是全球黑碳(Black Carbon,BC)排放(fang)量最大(da)的(de)(de)国(guo)家之(zhi)一,特别是在华北(bei)平原(yuan)的(de)(de)冬季,由于住宅供(gong)暖和工业活动的(de)(de)需求,煤(mei)炭的(de)(de)大(da)量消费和以(yi)煤(mei)为(wei)主(zhu)的(de)(de)能(neng)源(yuan)结构成(cheng)为(wei)导致大(da)气污染物排放(fang)负荷(he)巨大(da)的(de)(de)主(zhu)要根源(yuan)。随着2013年《大(da)气污染防治行动计划》的(de)(de)实施,北(bei)京(jing)地区的(de)(de)细颗粒(li)物浓度显(xian)著降低,然而作为(wei)PM2.5的(de)(de)重要组分,以(yi)及气候和大(da)气环境变化(hua)的(de)(de)重要驱动因子之(zhi)一,BC的(de)(de)变化(hua)及对其控(kong)制(zhi)措施的(de)(de)响应是人们迫切关注的(de)(de)科学问题(ti)。
图文解析
图1. 站(zhan)点(dian)的地理位置 (a) 和(he)BC浓度年均(jun)值的(de)时间序列,灰(hui)色实(shi)线表示市(shi)区的(de)平均(jun)水平(包括PKU、IAP、BNU和(he)BAST四(si)个(ge)站点(dian))
图2. 不同时期的BC与PM2.5 (a) BC与CO (b) 的散点对比图(tu)

空间(jian)(jian)分(fen)布(图(tu)(tu)1b)来看,BC浓度整体(ti)呈明(ming)显南(nan)高(gao)北低的(de)分(fen)布特(te)征,在供(gong)(gong)暖(nuan)期间(jian)(jian)这种(zhong)南(nan)北差异更(geng)加(jia)明(ming)显。时间(jian)(jian)尺度上,由于(yu)本地排放量的(de)大(da)幅(fu)减(jian)少,过去(qu)13年(nian)间(jian)(jian)BC浓度下降约61%。供(gong)(gong)暖(nuan)期间(jian)(jian)BC与CO、PM2.5的(de)相关性更(geng)强(qiang)(图(tu)(tu)2),表明(ming)排放源相似且BC对细颗粒物(wu)的(de)贡献较大(da),同(tong)时由于(yu)CO排放量增加(jia)导致 BC/CO 总体(ti)较低;而非(fei)供(gong)(gong)暖(nuan)期间(jian)(jian)的(de) BC/CO 较高(gao),反映了柴油车的(de)重要(yao)贡献。
图3. 不同时期的α,αBrC和KBrC的直方图和日变化
图4. 不同时期、不同地点的气溶胶吸收系数的波长指数 (a) 为总吸收,(b) 为棕碳贡献的吸收

气溶胶的(de)吸收特性(xing)也(ye)表(biao)现出明显的(de)空间(jian)和季(ji)节(jie)差异。北京北部地区(qu)及供暖期间(jian)的(de)α,αBrC和KBrC值较高(图3、图4),主(zhu)要(yao)是(shi)由(you)于区(qu)域范(fan)围(wei)内煤和生物质燃烧产(chan)生的(de)棕碳(BrC)引起的(de)强(qiang)吸收所致。在非供暖期间(jian),本地新鲜排放的(de)BC是(shi)主(zhu)要(yao)贡献者(zhe)。不同时期吸收特性(xing)的(de)日变化规(gui)律揭示了不同的(de)排放源和老(lao)化过程。
图5. 不同方向气团上变量的统计平均值

结合气团轨迹的(de)聚类分析、PSCF、CWT等方(fang)法(fa),讨论了(le)污染源(yuan)的(de)潜在(zai)区域,结果表明,来自南部(bu)和西部(bu)的(de)气团带来了(le)高浓(nong)度的(de)BC、PM2.5及二次(ci)颗(ke)粒(li)物,而西部(bu)和西北区域为最大(da)的(de)BrC排放贡献源(yuan)(图(tu)5)。
图6. 2016和2017年由于排放控制和气象输送引起(qi)的各变量的相(xiang)对(dui)变率
(蓝色表示相对于2015年的总变率,绿色和红色分别表示由于排放控制和输送变化引起的变率)

这(zhei)里提出(chu)了(le)一(yi)种基于(yu)(yu)聚类分析(xi)的(de)新(xin)方法,用于(yu)(yu)估算(suan)由于(yu)(yu)排放控制和输送(song)场变化对污染(ran)物产生(sheng)的(de)影响。基于(yu)(yu)2015年(nian)的(de)观(guan)测(ce)结果(guo),计算(suan)出(chu)2016和2017年(nian)由于(yu)(yu)两(liang)种因素(su)引起的(de)各参(can)数(shu)的(de)相(xiang)对变率(图6)。从2015至(zhi)2016年(nian),减(jian)排作用导致BC浓度降低(di)了(le)38%,到了(le)2017年(nian),减(jian)排和输送(song)的(de)共同作用导致BC浓度进一(yi)步降低(di)。

文章结论
1、基(ji)于不同站点(dian)的(de)连续观测数(shu)据以及文(wen)献(xian)中调研的(de)历(li)史数(shu)据对北京市(shi)区的(de)BC气溶胶进行了(le)综合分(fen)(fen)析,BC浓(nong)度整体(ti)呈现南高北低的(de)空间分(fen)(fen)布特征,2005至2017年期间年均值下降了(le)约61%。
2、与排(pai)放(fang)源(yuan)相关的气溶(rong)胶吸(xi)收特性(xing)表现出明显的空间(jian)和(he)季(ji)节(jie)差异,北(bei)京北(bei)部地区和(he)供暖期间(jian)BrC贡献较大。
3、聚类分(fen)析和受体(ti)模型分(fen)析结果表(biao)明,南向和西向气团(tuan)携带较(jiao)高浓度的BC和PM2.5,西部和西北方(fang)向存在BrC的潜在源区(qu)。
4、定量分(fen)离了排放(fang)控(kong)制和输送变化对(dui)污染物的影响(xiang),减排作用是2015至2017年(nian)期间BC降低(di)的主要(yao)原因。

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