近日，中国科学院大气物理研究所武云飞老师课题组利用北京地区多站点Aethalometer®黑碳仪的观测资料，分析了黑碳气溶胶的时空变化特征及影响因素。此项研究成果对深入了解我国典型城市区域近地面黑碳气溶胶的变化趋势、定量评估城市大气污染的减排效果具有一定借鉴意义。文章在环境领域知名学术期刊Chemosphere上发表。

合作单位：中国科学院地球环境研究所，中国气象局气象探测中心
关键词：黑碳、北京、排放管控、传输变化
第一作者：夏芸洁(博士研究生)
通讯作者：武云飞副研究员
原文链接：https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2020.126849

背景介绍
由于化石能源的高消耗，中国被认为是全球黑碳(Black Carbon,BC)排放量最大的国家之一，特别是在华北平原的冬季，由于住宅供暖和工业活动的需求，煤炭的大量消费和以煤为主的能源结构成为导致大气污染物排放负荷巨大的主要根源。随着2013年《大气污染防治行动计划》的实施，北京地区的细颗粒物浓度显著降低，然而作为PM2.5的重要组分，以及气候和大气环境变化的重要驱动因子之一，BC的变化及对其控制措施的响应是人们迫切关注的科学问题。
图文解析

图1. 站点的地理位置 (a) 和BC浓度年均值的时间序列，灰色实线表示市区的平均水平(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) 的散点对比图

空间分布（图1b）来看，BC浓度整体呈明显南高北低的分布特征，在供暖期间这种南北差异更加明显。时间尺度上，由于本地排放量的大幅减少，过去13年间BC浓度下降约61%。供暖期间BC与CO、PM2.5的相关性更强（图2），表明排放源相似且BC对细颗粒物的贡献较大，同时由于CO排放量增加导致 BC/CO 总体较低;而非供暖期间的 BC/CO 较高，反映了柴油车的重要贡献。

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

气溶胶的吸收特性也表现出明显的空间和季节差异。北京北部地区及供暖期间的α，αBrC和KBrC值较高（图3、图4），主要是由于区域范围内煤和生物质燃烧产生的棕碳（BrC）引起的强吸收所致。在非供暖期间，本地新鲜排放的BC是主要贡献者。不同时期吸收特性的日变化规律揭示了不同的排放源和老化过程。

图5. 不同方向气团上变量的统计平均值

结合气团轨迹的聚类分析、PSCF、CWT等方法，讨论了污染源的潜在区域，结果表明，来自南部和西部的气团带来了高浓度的BC、PM2.5及二次颗粒物，而西部和西北区域为最大的BrC排放贡献源（图5）。

图6. 2016和2017年由于排放控制和气象输送引起的各变量的相对变率

（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）

这里提出了一种基于聚类分析的新方法，用于估算由于排放控制和输送场变化对污染物产生的影响。基于2015年的观测结果，计算出2016和2017年由于两种因素引起的各参数的相对变率（图6）。从2015至2016年，减排作用导致BC浓度降低了38%，到了2017年，减排和输送的共同作用导致BC浓度进一步降低。

文章结论
1、基于不同站点的连续观测数据以及文献中调研的历史数据对北京市区的BC气溶胶进行了综合分析，BC浓度整体呈现南高北低的空间分布特征，2005至2017年期间年均值下降了约61%。
2、与排放源相关的气溶胶吸收特性表现出明显的空间和季节差异，北京北部地区和供暖期间BrC贡献较大。
3、聚类分析和受体模型分析结果表明，南向和西向气团携带较高浓度的BC和PM2.5，西部和西北方向存在BrC的潜在源区。
4、定量分离了排放控制和输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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黑碳仪应用案例

文章相关仪器
【Magee AE33 机架式黑碳仪（此为AE31的升级版）】
公众号主页菜单[产品资讯]→[碳分析模块]→《Aethalometer黑碳仪：AE33》
Real-time BC mass concentrations were measured using sevenwavelength aethalometers (Model AE-31, Magee Scientific Company,Berkeley, CA, US)