北京秋冬季有机碳和元素碳(黑碳)测试结果的细节研究

长期以来,对碳气溶胶的定量研究主要关注OC(有机碳)、EC(元素碳)或BC(黑碳)的整体测定结果,很少有对测定结果细节特征的深入解读.为全面掌握和利用仪器分析结果包含的科学信息,使用热光法IMPROVE_A协议(model 2001A)测定了2015年10月(秋季)和2016年1月(冬季)北京市PM_(2.5)中的ρ(OC)和ρ(EC),使用光学法(黑碳仪AE31)测定了相应的ρ(BC).结果表明:(1)ρ(OC)和ρ(EC)的秋季平均值分别为8.59、3.89μg/m^3,冬季分别为16.45和6.19μg/m^3,冬季明显高于秋季;(2)热光法测定结果显示,秋季样品中ρ(OC_1)/ρ(OC)的平均值为0.08±0.04,而冬季则升至0.22±0.05,这可能与冬季较高的挥发性有机物(VOCs)排放及低温带来的冷凝效应有关;(3)七波长黑碳仪测定结果显示,在秋季,紫外波段(370 nm)测定的BC当量[ρ(BC370)]与红外波段(880 nm)测定的BC标准量[ρ(BC880)]的比值[ρ(BC370)/ρ(BC880)]为1.05±0.11,说明棕色碳(Br C)的吸光影响非常弱,而冬季该比值升至1.47±0.11,升幅达40%;(4)结合两种方法对强吸光碳的测定结果,发现ρ(BC)/ρ(EC)与ρ(PM_(2.5))的变化趋势一致,证明污染程度加重会带来EC内混合比例上升,因而提高其吸光能力,使黑碳仪测得的ρ(BC)上升.然而,进一步考察表明,这种上升是有限度的,当ρ(PM_(2.5))达到50~70μg/m^3时,ρ(BC)/ρ(EC)进入"平台状态",秋季"平台值"约为1.05,冬季约为0.55.研究显示,仪器的测定结果包含大量被忽略的信息,对其细节的深入解读有利于更好地了解碳气溶胶的综合特征.

居民生活用煤和生物质棕色碳排放因子研究

棕色碳(brown carbon,Br C)即吸光有机碳,因其吸光效应对全球气候变化、区域能见度、人体健康等影响而备受关注。我国是化石燃料和生物质燃料消耗大国,在居民生活领域每年有大量的煤炭和生物质燃料的使用,但目前尚没有相应的Br C排放因子(EFBr C)的实测数据。该研究通过七波段黑碳仪对农村冬季居民生活用煤和生物质燃烧产生的烟气进行现场实测研究,利用Br C和黑碳(BC)吸光波长指数(魡)的差异,计算二者比值(RBr C/BC),并结合碳平衡法测得的黑碳排放因子(EFBC)计算EFBr C;利用我国2000年居民生活用燃煤和生物质燃料的使用量,进而初步估算我国Br C的排放量。结果表明:(1)居民生活用煤EFBr C平均值为(0.031±0.040)g/kg,居民生活用生物质EFBr C平均值为(0.061±0.060)g/kg,后者是前者的2倍多,说明生物质燃料在居民生活领域Br C的排放效率高于煤炭;(2)居民生活用煤的EFBr C随干燥无灰基挥发分(Vdaf)的增加呈先增大后减小的变化趋势,与EFBC随Vdaf的变化趋势相似,呈"小钟型"分布特征,其中中等挥发分烟煤的EFBr C最大。不过,由于测试样品只有3个煤样,这个结果有待以后的研究进一步确认;(3)居民生活用生物质室内燃烧排放的RBr C/BC比生物质户外开放燃烧(焚烧)明显偏低,可能原因是由于室内燃烧使用的燃料较干燥、使用的炉具有利于燃料较充分的燃烧;(4)测得的生物质燃料燃烧的Br C与烧焦型EC(char-EC)有较好的相关关系(R2>0.96),说明两者存在某种密切的联系,但从数值上前者远小于后者;(5)估算出我国2000年Br C排放总量为(449.1±305.1)Gg(以BC当量计,下同),相当于同期BC排放量的55.0%,其中居民生活用煤的Br C排放量为(357.4±245.4)Gg,居民生活用生物质的Br C排放量为(91.7±59.8)Gg。下一步需要根据我国居民生活用煤和生物质的分类和特点,开展更加系统的测试和研究工作,以便对棕色碳问题进行更深入的了解。