内蒙古典型草原2010~2021年黑碳气溶胶浓度变化及影响因素分析

分析了2010~2021年内蒙古锡林浩特国家气候观象台大气成分观测站黑碳气溶胶浓度观测数据,阐明了黑碳气溶胶浓度时间变化规律,并初步讨论了其与气象要素的关系,以期为大气黑碳气溶胶污染防治工作提供科学依据.结果表明:不同季节、不同风速下,几乎均在南偏西风向时黑碳气溶胶浓度增大且最高,而在东北风向时其浓度几乎不变甚至略减少且最低;黑碳气溶胶浓度日变化整体呈现出明显的四季均为“单峰型”变化特征,冬季峰值出现时间较其他三个季节晚,四季谷值出现时间一致;季节变化总体上呈现出浓度及其标准差均为秋冬季高于春夏季的特征,说明观测点黑碳气溶胶浓度在高值期间的秋冬季,其变化幅度也较大;由于能源结构的改变及节能减排措施的成效,近10年观测点黑碳气溶胶浓度呈明显下降趋势,其变化与气温、降水呈极显著负相关,与相对湿度呈极显著正相关.

光化学氧化对深圳市含黑碳气溶胶混合态和光吸收的影响

于2021年2月在深圳开展了含黑碳气溶胶混合态和光学性质的测量,结合奇氧数(Ox)的同步分析,以探究光化学氧化对城市大气中含黑碳气溶胶包裹物、形貌与光吸收能力的影响.结果表明:观测期间黑碳颗粒群平均相对包裹物量(包裹物与黑碳核质量比,MR)平均值为4.3±0.7,有效密度平均值为(1.35±0.10)g/cm^(3),整体颗粒群形貌为球形的观测时段占比为70%,表明深圳城市点含黑碳气溶胶主要为中等不规则形貌的内部混合态颗粒.光化学氧化在含黑碳气溶胶混合态演变过程中起到重要作用.随着Ox的增加,颗粒群平均MR增幅约为38%,平均有效密度从1.32g/cm^(3)增至1.44g/cm^(3),动力学形状因子从1.05递减至1.00,表明光化学氧化过程促使非黑碳组分累积并使颗粒趋向于形成更致密的核壳球形.此外,Ox增加过程中,吸光增强(Eabs)增幅约为20%,增长速率为0.002/10-9,表明光化学氧化对城市点含黑碳气溶胶光吸收起到关键的驱动作用.

2021年苏州黑碳气溶胶浓度特征及来源解析

于2020年12月1日—2021年11月30日利用7波段黑碳仪(AE-31)观测苏州地区黑碳(BC)浓度变化特征,并使用黑碳仪模型和后向轨迹模型分析BC排放来源和潜在源区。结果发现,苏州地区BC年平均质量浓度为(1.29±0.64)μg/m^(3),冬季BC质量浓度最高,为(1.61±0.89)μg/m^(3),秋季为(1.34±0.61)μg/m^(3),春季为(1.23±0.48)μg/m^(3),夏季最低,为(1.03±0.43)μg/m^(3)。各季节工作日、非工作日BC质量浓度日变化均呈早晚双峰分布规律。BC质量浓度与风速、气温、降水量呈负相关,与相对湿度相关性并不显著。黑碳来源解析结果表明,相比于固体燃料(如煤和生物质燃烧),液体燃料(如交通排放)对苏州BC质量浓度的贡献在各季节均占主要地位(74.2%~76.3%),且夏季最高,冬季最低。同时,后向轨迹模拟和浓度轨迹权重分析的潜在源区结果显示,与本地污染相比,影响苏州地区BC的更多为输送型气团;各季节BC的潜在源区也稍有差异,主要以西南方向的影响为主。

盐城市黑碳气溶胶分布特征研究

本文利用MERRA-2再分析资料,统计了2010~2020年江苏省盐城市黑碳气溶胶(blackcarbon,BC)地面浓度的分布特征及其与气象要素之间的关系。研究结果表明,盐城地区的BC浓度在空间分布上呈现西高东低的趋势,在时间分布上呈现秋冬季大、春夏季小的特征;盐城地区的BC浓度与温度、降水、风速呈显著负相关,与气压呈显著正相关;受我国空气污染治理相关措施影响,2010~2020年盐城市BC浓度总体呈波动下降的趋势。

中国内地和印度黑碳气溶胶对东亚冬季气候的影响研究

黑碳(BC)气溶胶(简称黑碳)对区域和全球气候变化具有重要影响。为了进一步认识亚洲地区黑碳的区域气候效应,本文使用新一代的区域气候—化学模式RegCM4,研究了来自印度和中国内地的黑碳排放对东亚冬季气候的影响。结果表明:来自中国内地和印度的黑碳排放可导致东亚地区黑碳的区域平均柱含量、大气顶和地表有效辐射强迫分别变化了+1.78 mg m^(−2)、+1.98 W m^(−2)和−2.17 W m^(−2)。中国内地和印度黑碳对东亚气候的影响机制相同。印度黑碳对东亚冬季气候的影响主要通过对大气动力过程的调整来实现,由此造成的散射气溶胶浓度增加可导致该区域850 hPa附近和地表气温降低,而中国内地的黑碳还可直接影响东亚气候,其加热效应可导致该区域大部分地区850 hPa附近的气层变暖。由于中国内地黑碳在东亚地区占主导,其在影响东亚区域气候变化方面发挥着更重要的作用。总体而言,两地总的黑碳会造成850 hPa高度附近云量减少和气温升高;地表日照时数减少,气温、感热通量和地表蒸发量下降;边界层高度降低和散射气溶胶的柱含量上升。研究结果还进一步反映了东亚冬季气候对不同排放黑碳的响应表现出了一定的非线性。

硫酸盐和黑碳气溶胶影响南海夏季风爆发的数值模拟研究

硫酸盐气溶胶(SO_4^(2-))和黑碳气溶胶(BC)可以通过散射或吸收太阳辐射改变地气系统能量收支,进而引起局地热力和云过程变化乃至大气环流的调整而影响气候系统。南海夏季风(SCSSM)作为东亚夏季风的子系统之一,与东亚大气环流和降水有着重要的相互影响。前人对SO_4^(2-)和BC对东亚副热带季风已有详细研究,但对SO_4^(2-)和BC影响南海夏季风的机制研究较少。本研究利用CESM(The Community Earth System Model)模式CAM5.1模块模拟研究了SO_4^(2-)和BC对南海—华南经向海陆热力差异、中南半岛对流、西太平洋副热带高压(西太副高)断裂以及南海夏季风爆发的影响,重点探讨了气溶胶影响SCSSM爆发的动力和热力机制。模拟试验结果表明,SO_4^(2-)和BC均有利于中南半岛对流层整层大气稳定性增强,引发了中南半岛上空的下沉气流异常,动力上抑制了中南半岛对流,分别使得春末夏初时副高带断裂时间推迟了2候和1候。同时,热力上SO_4^(2-)(BC)又推迟(提前)了春季经向海陆温差逆转时间。综合而言,SO_4^(2-)一致的动力和热力效应使得SCSSM爆发推迟了1候。而BC对SCSSM爆发基本无影响,可能是由于BC相反的动力和热力效应。

中国东西部典型本底站黑碳气溶胶时空分布及来源分析

基于2007-2018年4个代表性大气本底站(临安、上甸子、龙凤山和瓦里关)的逐小时黑碳(black carbon,BC)观测数据和同期气象资料,开展中国东西部BC时空变化特征分析;利用黑碳仪模型和浓度权重轨迹(concentration weighted trajectory,CWT)分析法对比分析了各站点BC的来源类型和潜在源区。结果表明:(1)中国BC质量浓度分布呈现“东高西低”的特点,各站点BC多年平均质量浓度依次为临安站[(3553±2336)ng·m^(-3)]、上甸子站[(2045±1918)ng·m^(-3)]、龙凤山站[(1966±2104)ng·m^(-3)]、瓦里关站[(455±380)ng·m^(-3)]。(2)东西部4个典型本底站点BC质量浓度季节变化和日变化特征不同。东部站点为冬季最高、春秋季次之、夏季最低,而西部站点表现为春季最高、夏季次之、冬季再次之、秋季最低;东部站点BC质量浓度日变化以“双峰型”分布为主,西部瓦里关站呈“昼高夜低”的高山站特征。研究期内,各站BC呈逐年显著下降的趋势,体现了中国大气污染治理的成效。(3)BC主要来自液态燃料的燃烧(简记为“BC liquid”);受冬季采暖影响,夏季BC liquid大于冬季。(4)受亚洲季风影响,不同季节近地面风场对东西部站点BC质量浓度的影响不同,BC潜在来源也不同。东部站冬季潜在源区多在周边大城市群,高值区范围较大;夏季多来自各站偏南方向。西部瓦里关站夏季潜在源区为四川北部城市群,冬季为中国兰州附近和印度北部。

武汉地区黑碳气溶胶气流输送轨迹的垂向变化分析

运用HYSPLIT多受点前向轨迹模型、潜在源贡献因子分析、WRF-CMAQ模式等方法,基于2015年6月至2016年5月的黑碳实测数据,对不同气团背景下武汉地区16个垂直高度层积聚黑碳气溶胶浓度的潜在源区进行定性分析.研究结果表明:武汉地区黑碳气溶胶的质量浓度表现为冬季高、夏季低,秋、春季节波动较为剧烈;在垂直方向16个高度层上,河南、安徽、江西、湖南是武汉黑碳质量浓度较高值分布最集中的地方,各个不同的高度层范围内都存在影响武汉黑碳质量浓度的潜在源区;需要注意的是,在距地面高度300、900、2000、5600、7600 m上,黑碳质量浓度值主要分布在低值水平范围内,并且在空间分布上比较分散;说明在这几个高度层上,武汉地区污染物的潜在源区不明显,各源区对污染物的贡献率较低.

庐山地区黑碳气溶胶变化特征及影响因素分析

利用2018~2020年庐山观测站的黑碳气溶胶(BC)浓度,结合气象数据、污染物数据及后向轨迹模型,对该地区BC变化特征、影响因素和来源进行分析.结果表明,2018~2020年庐山BC平均浓度呈下降趋势,3a BC年平均浓度为(0.606±0.474)μg/m^(3),但BC本底浓度每年增加约0.035μg/m^(3).从月变化上来看,BC浓度最小值出现在7月(0.455±0.184)μg/m^(3),最大值出现在1月(0.742±0.603)μg/m^(3).BC浓度日变化呈单峰型分布,在正午及午后出现最大值,各个季节BC浓度在周末均高于工作日,与城市地区结果明显相反.观测期间,BC/PM_(2.5)占比随PM_(2.5)浓度增加而减小(5.2%减少至2.4%),平均占比为3.4%.BC与SO_(2)和NO_(2)的相关系数分别为0.27和0.26,但与CO无显著相关,表明庐山地区局地源排放其自身影响较小,BC主要与区域输送或山下垂直传输等气象过程相关.后向轨迹和PSCF潜在源贡献结果表明庐山BC来源存在季节差异,冬春季主要受来自西北和华北气团影响,潜在贡献源主要在陕西−河南−湖北一带及长三角地区.秋季气团主要来自长三角和华北地区,而夏季气团主要来自东南沿海,对应的潜在源贡献区呈类似分布.

兰州远郊区黑碳气溶胶浓度特征

利用兰州大学半干旱气候与环境观测站(SACOL)2007年1月1日至2009年8月28日黑碳气溶胶浓度和同期常规气象资料,分析了兰州远郊区黑碳气溶胶浓度特征.结果表明,该区黑碳气溶胶日平均浓度为1568ng/m3,低于东部地区区域本底站浓度,表明该地区污染较轻;黑碳浓度具有明显的季节变化,从春季到冬季平均浓度依次增大,分别为1234.74,1290.23,1669.06,2088.73ng/m3,日变化具有明显的双峰结构,最大值出现在09:00,最小值出现在17:00.黑碳浓度的变化特征与本地区的盛行风向、人类活动及天气过程有密切关系.沙尘气溶胶对黑碳浓度的影响取决沙尘过程的强度、沙尘携带的人为污染物的种类及数量、黑碳颗粒被其他气溶胶混合和包裹的程度.统计分析得出该地区大气黑碳气溶胶本底浓度约为1000ng/m3.

黑碳气溶胶研究进展Ⅰ:排放、清除和浓度

黑碳气溶胶是近几年非常活跃的一个研究课题,因为黑碳气溶胶吸收太阳和地球大气的辐射,对全球气候变暖有重要的影响。中国黑碳气溶胶的排放和浓度比同纬度的高,在全球气候变暖的大背景下,中国黑碳气溶胶一直受到国外的关注。综述了国内外黑碳气溶胶研究的最新进展,受篇幅的限制,文章分两篇,第一篇是黑碳气溶胶的排放、清除和浓度,第二篇是黑碳气溶胶的气候效应和拓展的研究领域。从黑碳排放的估算和大气浓度的测量方法进行描述,列出有关的测量结果,对黑碳气溶胶的排放和大气浓度进行国内外的初步比较分析。还对黑碳气溶胶排放和浓度测量误差进行了讨论,并对今后黑碳气溶胶研究提出了几点建议。

西安泾河夏季黑碳气溶胶及其吸收特性的观测研究

为研究西安泾河夏季黑碳气溶胶及其吸收特性,利用2011年夏季西安远郊泾河大气成分站观测的黑碳气溶胶浓度、颗粒物质量浓度、探空资料、地面气象资料,计算边界层顶高度、气溶胶吸收系数、大气消光系数,导出单次散射反照率,并对其进行分析讨论.结果表明：西安夏季黑碳气溶胶浓度为6.07μg/m3;黑碳气溶胶占颗粒物质量浓度PM1.0比值为21.9%,黑碳气溶胶与颗粒物质量浓度PM1.0、PM2.5、PM10相关系数分别为0.69、0.85、0.91;黑碳气溶胶浓度受城市边界层顶高度影响,风向、风速对泾河黑碳气溶胶的堆积输送有不同作用;气溶胶吸收系数和大气消光系数日变化显著,气溶胶吸收系数占大气消光系数比值范围在12%~30%;季单次散射反照率平均值为0.76,变化范围在0.70~0.84.

天津夏季黑碳气溶胶及其吸收特性的观测研究

利用天津城市边界层观测站2010年8月12日~9月18日期间的黑碳、污染物和气象梯度观测数据,分析天津市夏季黑碳气溶胶浓度的变化特征及其影响因子.结果表明,观测期间,黑碳气溶胶浓度均值为6.309μg/m3,占PM10质量浓度的4.17%,其吸收消光占气溶胶总体消光的10.23%.受人类活动和边界层结构影响,黑碳气溶胶浓度日变化呈双峰型,7：00达到峰值,14：00~16：00最小,20：00达到次高峰.黑碳气溶胶浓度随风速增加呈下降趋势,当风速超过4m/s时,浓度一般低于5μg/m3,西风及西北风对天津城区黑碳气溶胶输送作用明显,其出现大于10μg/m3的高黑碳气溶胶事件概率为18.07%;逆温和大气稳定易造成黑碳气溶胶在近地层的堆积,形成高污染事件.

黑碳气溶胶及其在气候变化研究中的意义

简单介绍了黑碳气溶胶的一般性质 ,着重叙述黑碳气溶胶在大气辐射强迫中的特殊作用以及对气候变化的影响 ,概括介绍了国内外相关领域的研究现状 。

2003年秋季西安大气中黑碳气溶胶的演化特征及其来源解析

2003年9～11月在西安站点通过黑碳测量仪(Aethalometer)获得了大气细粒子中每5min的黑碳气溶胶(BC)浓度,这些实时的BC浓度经过元素碳校对后,日平均浓度为10.2±5.8μg·m-3,其变化范围为1.8～27.5μg·m-3。BC浓度与污染指数(API)的变化具有良好的一致性(相关系数为0.64),表明BC是大气颗粒物污染的一个重要贡献。正常天气下,BC小时平均浓度呈三峰分布,这与机动车污染、居民活动和农村秸秆燃烧等来源相关联。通过降水天气下BC的浓度分布和BC浓度频次分布法,获得了西安大气中BC的本底浓度为4.5μg·m-3,以此估算了西安大气BC中不同来源的相对贡献,其中周边源对BC的贡献超过了1/3。这表明了该季节内城市周边农村秸秆燃烧对城市空气质量的显著贡献,需要进一步严格控制。

天津城区秋冬季黑碳气溶胶观测与分析

利用天津大气边界层观测站2010年9月—2011年1月黑碳气溶胶、PM2.5质量浓度、大气能见度及常规气象观测数据,研究天津城区秋冬季黑碳气溶胶污染特征.结果表明,天津秋冬季黑碳气溶胶质量浓度均值7.24μg.m-3和6.46μg.m-3,分别占PM2.5质量的9.42%和7.98%,其吸收作用分别贡献大气消光的17.2%和17.6%;采用最大频数浓度法计算黑碳浓度本底值为2.50μg.m-3;黑碳浓度的日变化特征与天气过程有关,雾和霾天气下黑碳浓度较高,降水利于清除黑碳污染,秋季高浓度黑碳除局地源污染外,可能还与河北、山西、天津等地燃烧秸秆有关.

东莞与帽峰山黑碳气溶胶浓度变化特征的对比

将东莞(海拔30m,位于平原地区)与帽峰山(海拔550m,位于山地地区)的黑碳气溶胶(BC)浓度进行对比,结果表明,东莞地区BC浓度年均值为5.27 g/m3,帽峰山BC浓度值为2.43 g/m3,两个站点的浓度都比位于珠三角核心区的南村站浓度(8.42μg/m3)低.雨季,东莞与帽峰山BC浓度的日变化特征在中午呈现反位相,这是因为两站近地层受上升气流控制,热对流把地面的BC气溶胶带至高空,地面浓度下降,东莞出现谷值,而高空有了地面的垂直输送补充,帽峰山出现峰值.旱季,华南地区受高压控制,微弱下沉气流对于BC的垂直输送不利,BC的扩散以平流扩散为主,两地日变化情况相近.此外,受BC源远近的影响,东莞的逐月变化(标准差为0.60μg/m3)大于帽峰山(标准差为0.14μg/m3).通过分析BC吸收系数的波长幂指数α探讨可能的污染来源,发现两地的α值均接近于1,说明两地BC的污染来源相同,均来自于化石燃料的燃烧.

黑碳气溶胶辐射强迫全球分布的模拟研究

利用一个改进的辐射传输模式,结合全球气溶胶数据集(GADS),计算晴空条件下冬夏两季黑碳气溶胶的直接辐射强迫在对流层顶和地面的全球分布。计算结果表明,与温室气体引起的整层大气都是正的辐射强迫不同,黑碳气溶胶的辐射强迫在对流层顶为正值,而在地面的辐射强迫却是负值。作者从理论上解释了造成这种结果的原因。对北半球冬季和夏季而言,在对流层顶黑碳气溶胶的全球辐射强迫的平均值分别为0.085W/m2和0.155 W/m2,在地面则分别为-0.37 W/m2和-0.63 W/m2。虽然气溶胶的辐射强迫主要依赖于其本身的光学性质和在大气中的浓度,太阳高度角和地表反照率对黑碳气溶胶的辐射强迫会产生很大的影响。研究指出:黑碳气溶胶在对流层顶正的辐射强迫和在地面负的辐射强迫的绝对值都随太阳天顶角的余弦和地表反照率的增加线性增大;地表反照率对黑碳气溶胶辐射强迫的强度和分布都有重要影响。黑碳气溶胶的辐射强迫分布具有明显的纬度变化特征,冬夏两季的大值区都位于30°N^90°N之间,表明人类活动是造成黑碳气溶胶辐射强迫的主要原因。

南京春夏秸秆焚烧期间大气黑碳气溶胶来源解析

黑碳气溶胶(black carbon,BC)严重影响大气空气质量和气候效应。在中国,每逢农作物收获期间在因秸秆焚烧产生的烟羽中会观测到高浓度的BC。然而,定量解析BC的来源仍是一大难题。该研究运用七波段黑碳仪(Aethalometer)实时在线观测,结合Aethalometer模型,对春夏秸秆焚烧期间南京地区3个观测点(城市、郊区、乡村地区)的BC进行来源解析,分析化石燃料和生物质燃烧分别对BC的贡献。结果表明,BC在南京城区、郊区和乡村整个观测期间的平均质量浓度分别为4.28、5.10、4.56μg/m^3;其中,化石燃料和生物质燃烧排放的BC其平均占比分别是是82.5%和17.5%、82.9%和17.1%、85.5%和15.5%。可见观测期间化石燃料燃烧排放源是南京地区大气中BC的主要来源。而在高浓度BC时期(~19.46μg/m^3),化石燃料和生物质燃烧排放源对BC的贡献分别为69.0%~75.6%和24.4%~31.0%;同时结合潜在源贡献函数分析发现与生物质燃烧有关的潜在源主要分布在安徽南部地区并会对南京地区大气中高浓度的BC产生很大的贡献。

半干旱地区黑碳气溶胶和含碳气体特征及来源

利用2009年9月~2010年6月兰州大学半干旱气候与环境观测站（SACOL）多角度吸收分光光度计（MAAP-5012）观测数据、CO和CO2气体成分混合比数据,分析了西北半干旱地区黑碳气溶胶和含碳气体特征、影响源地,以及影响黑碳浓度的排放物类型.结果表明BC、CO、CO2平均浓度分别为1.75μg/m3、601.71×10-9、387.78×10-6.利用后向轨迹模式将从观测站西部和东部输送过来的气流区分开,气流从东部来时,BC、CO、CO2浓度分别为1.38μg/m3、462.79×10-9、383.03×10-6;气流从西部来时,BC、CO、CO2浓度分别为2.2μg/m3、768.38×10-9、393.47×10-6.对500m、1500m、3000m高度气流来向的发源地进行聚类分析,发现3个高度上气流从中东、中亚及欧洲区域传输过来时,BC、CO、CO2浓度较高,△BC/△CO、△CO/△CO2值较大,说明燃料燃烧效率较低;气流从我国华北华中地区传输过来时,BC、CO、CO2浓度较低,△BC/△CO、△CO/△CO2值较小,表明燃料燃烧效率较高.