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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)布时(shi)间:2021-06-19 浏览量: 扫码访(fang)问(wen)

近日,中(zhong)国(guo)科学院大(da)气(qi)(qi)(qi)物理(li)研究(jiu)所(suo)武云(yun)飞老师课(ke)题(ti)组利用(yong)北(bei)京地区(qu)多(duo)站点(dian)Aethalometer®黑(hei)碳(tan)仪(yi)的(de)观(guan)测资料,分析了(le)黑(hei)碳(tan)气(qi)(qi)(qi)溶(rong)胶(jiao)的(de)时空变(bian)化(hua)(hua)特征及影响因素(su)。此项研究(jiu)成果对深入(ru)了(le)解我国(guo)典型(xing)城市(shi)区(qu)域近地面(mian)黑(hei)碳(tan)气(qi)(qi)(qi)溶(rong)胶(jiao)的(de)变(bian)化(hua)(hua)趋势、定量评(ping)估(gu)城市(shi)大(da)气(qi)(qi)(qi)污染的(de)减排效果具有一(yi)定借鉴(jian)意义。文章(zhang)在环境领域知(zhi)名学术期(qi)刊Chemosphere上(shang)发表(biao)。

合作单位(wei):中(zhong)国科学(xue)院地球(qiu)环境研究所,中(zhong)国气象(xiang)局气象(xiang)探测(ce)中(zhong)心
关键词:黑碳、北京、排(pai)放管控、传(chuan)输变(bian)化
第一作(zuo)者:夏芸洁(jie)(博士研究生)
通讯(xun)作(zuo)者:武(wu)云飞副(fu)研究员
原文链接:http://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2020.126849

背景介绍
由(you)于化(hua)石能源的(de)(de)(de)(de)高消耗,中国(guo)(guo)被认为是全球黑碳(tan)(Black Carbon,BC)排(pai)(pai)放量(liang)最大(da)的(de)(de)(de)(de)国(guo)(guo)家之一,特别是在华北(bei)平原的(de)(de)(de)(de)冬(dong)季,由(you)于住宅供暖和(he)(he)工(gong)业活动的(de)(de)(de)(de)需求,煤炭的(de)(de)(de)(de)大(da)量(liang)消费和(he)(he)以(yi)煤为主的(de)(de)(de)(de)能源结构(gou)成(cheng)为导(dao)致大(da)气(qi)(qi)污染物(wu)排(pai)(pai)放负荷巨(ju)大(da)的(de)(de)(de)(de)主要(yao)(yao)根源。随着2013年《大(da)气(qi)(qi)污染防治行动计划》的(de)(de)(de)(de)实施(shi),北(bei)京地(di)区的(de)(de)(de)(de)细(xi)颗(ke)粒物(wu)浓度显著降低(di),然(ran)而作(zuo)为PM2.5的(de)(de)(de)(de)重(zhong)(zhong)要(yao)(yao)组分,以(yi)及气(qi)(qi)候和(he)(he)大(da)气(qi)(qi)环境变(bian)化(hua)的(de)(de)(de)(de)重(zhong)(zhong)要(yao)(yao)驱动因子之一,BC的(de)(de)(de)(de)变(bian)化(hua)及对其控制措(cuo)施(shi)的(de)(de)(de)(de)响应(ying)是人(ren)们(men)迫切关注(zhu)的(de)(de)(de)(de)科学问题(ti)。
图文解析
图1. 站(zhan)点的地理位置 (a) 和BC浓度年均值的时间(jian)序列,灰色(se)实线表(biao)示市区(qu)的平均水平(包括PKU、IAP、BNU和BAST四个站点)
图2. 不同时期的BC与PM2.5 (a) BC与CO (b) 的散(san)点对比(bi)

空间(jian)(jian)分布(图(tu)1b)来看,BC浓度(du)(du)整体呈明(ming)(ming)显(xian)南高(gao)北低的分布特(te)征,在供暖(nuan)期(qi)(qi)(qi)间(jian)(jian)这种(zhong)南北差异更加(jia)明(ming)(ming)显(xian)。时(shi)间(jian)(jian)尺度(du)(du)上,由于本地排(pai)放量的大(da)幅(fu)减少,过去(qu)13年(nian)间(jian)(jian)BC浓度(du)(du)下降约61%。供暖(nuan)期(qi)(qi)(qi)间(jian)(jian)BC与CO、PM2.5的相(xiang)关性更强(图(tu)2),表明(ming)(ming)排(pai)放源相(xiang)似(si)且BC对细颗粒物的贡献(xian)较大(da),同时(shi)由于CO排(pai)放量增加(jia)导致 BC/CO 总体较低;而(er)非(fei)供暖(nuan)期(qi)(qi)(qi)间(jian)(jian)的 BC/CO 较高(gao),反(fan)映(ying)了(le)柴油车(che)的重(zhong)要贡献(xian)。
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(qi)溶胶的(de)吸(xi)收(shou)特性(xing)也表(biao)现(xian)出明显的(de)空(kong)间和(he)(he)(he)季节差(cha)异。北京北部地(di)区(qu)及供(gong)暖期(qi)(qi)间的(de)α,αBrC和(he)(he)(he)KBrC值较高(图3、图4),主(zhu)要是(shi)由于区(qu)域范围(wei)内(nei)煤和(he)(he)(he)生物质燃烧产生的(de)棕碳(tan)(BrC)引起的(de)强(qiang)吸(xi)收(shou)所(suo)致(zhi)。在非供(gong)暖期(qi)(qi)间,本地(di)新鲜排(pai)放的(de)BC是(shi)主(zhu)要贡献者(zhe)。不同时期(qi)(qi)吸(xi)收(shou)特性(xing)的(de)日变化(hua)规律揭示了不同的(de)排(pai)放源和(he)(he)(he)老(lao)化(hua)过程。
图5. 不同(tong)方向(xiang)气团上变量的统计(ji)平(ping)均值

结(jie)合气团(tuan)轨迹(ji)的聚类分(fen)析(xi)、PSCF、CWT等方(fang)法,讨论了污染(ran)源(yuan)的潜(qian)在区(qu)域(yu),结(jie)果表明(ming),来自南部(bu)和西(xi)部(bu)的气团(tuan)带来了高浓(nong)度的BC、PM2.5及(ji)二次颗粒物,而(er)西(xi)部(bu)和西(xi)北(bei)区(qu)域(yu)为最大的BrC排放(fang)贡献源(yuan)(图5)。
图6. 2016和2017年由于排放控制(zhi)和气象输送引起(qi)的各变(bian)量的相对变(bian)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)

这里(li)提出(chu)了(le)一(yi)(yi)种基(ji)于聚类(lei)分析的(de)新方法(fa),用于估算由于排(pai)放控制和(he)输(shu)送场变化对污染物产生的(de)影响。基(ji)于2015年的(de)观测结果,计算出(chu)2016和(he)2017年由于两种因素(su)引起的(de)各参数的(de)相(xiang)对变率(图(tu)6)。从2015至2016年,减(jian)排(pai)作用导致(zhi)BC浓度(du)降低(di)了(le)38%,到了(le)2017年,减(jian)排(pai)和(he)输(shu)送的(de)共同作用导致(zhi)BC浓度(du)进一(yi)(yi)步降低(di)。

文章结论
1、基于不同(tong)站点(dian)的连(lian)续观测数据(ju)以及文献中调(diao)研的历史(shi)数据(ju)对北京(jing)市区的BC气溶胶进(jin)行了(le)综(zong)合分析,BC浓度(du)整体呈现南高(gao)北低(di)的空间分布特征,2005至2017年(nian)期间年(nian)均值下降了(le)约61%。
2、与排(pai)放源相(xiang)关的气溶胶吸(xi)收特性(xing)表现出(chu)明(ming)显的空间和季(ji)节(jie)差异,北京北部地区(qu)和供(gong)暖期间BrC贡献(xian)较大(da)。
3、聚(ju)类(lei)分析和受体模型(xing)分析结(jie)果表(biao)明,南向和西向气(qi)团携带较高浓度的BC和PM2.5,西部和西北方(fang)向存在(zai)BrC的潜在(zai)源区。
4、定(ding)量分离(li)了排放控制和输(shu)送变化对污染物的影响,减排作用是2015至2017年期间BC降低的主要原因。

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