北京冬季重污染过程黑碳气溶胶的飞机观测

利用空中国王飞机平台搭载单颗粒黑碳光度计(SP2)针对北京2016年12月冬季一次污染过程进行了连续观测,阐述了污染发生、发展和消散过程中的黑碳(BC)气溶胶质量浓度、粒径分布和混合状态的变化特征.结果表明,此次污染过程是以PM_(2.5)污染为主的霾污染过程,最大值为432μg/m^(3).NO_(2)、SO_(2)和CO等气态污染物浓度经过3次污染积累阶段,为PM_(2.5)最终爆发增长提供了物质基础.静稳的大气条件为PM_(2.5)爆发增长提供了动力条件.污染发展过程中BC气溶胶先在地面累积增加,然后向高空传输;清除过程则是高空先被移除,低层缓慢降低.污染发展过程中北京地区黑碳气溶胶在边界层(PBL)浓度变化为先升高后减小,平均浓度为3.45μg/m^(3),质量中值直径(MMD)范围在190~220nm.随着污染过程的发展,气溶胶迅速老化,PBL内的BC老化比例在一天内可从27%增加到了51%,老化过程使得PM_(2.5)质量浓度爆发增长.污染过程中BC在边界层的垂直演变导致大气加热率发生变化,有利于逆温的维持和发展,加剧了污染物过程.

基于飞机观测不同天气条件下北京地区黑碳气溶胶的垂直分布及其混合态特性

利用机载单颗粒黑碳光度计(SP2)针对北京地区不同天气条件下黑碳(BC,black carbon)气溶胶的垂直分布特征进行了10次的飞机探测研究。结果显示,在霾和非霾条件下BC气溶胶的浓度都是随着高度升高而减小,而且浓度变化在1500 m高度存在明显的分界线。在1500 m以下,BC气溶胶浓度变化梯度均较大,霾条件下的BC气溶胶浓度约为非霾条件下的4.3倍,在1500 m以上,BC气溶胶浓度变化梯度均较小,霾条件下的BC气溶胶浓度约为非霾条件下的2.5倍。BC气溶胶粒子谱都呈单峰分布,霾条件下峰值粒径主要要集中在0.16µm在非霾条件下峰值粒径主要集中在0.18µm在近地面,霾条件下的平均内混比远远高于非霾条件下,越往高空两种条件下的BC气溶胶的平均内混比越接近。通过CAMx模拟了不同条件下的BC气溶胶,发现霾污染天气下模拟的结果差异较大,在非霾条件下的模拟结果要优于霾条件下的模拟结果,这主要是由于在大部分模式中,很少考虑黑碳的老化状态。

COVID-19疫情期间北京市两次重霾污染过程大气污染物演变特征及潜在源区分析

新冠肺炎疫情(COVID-19)期间,执行了严格居家隔离措施,人为排放源急剧降低,但北京仍出现了两次持续重霾污染过程.本研究使用北京市大气污染物、气溶胶数浓度和气象要素数据,结合气团轨迹模式(HYSPLIT),计算了潜在源贡献因子(PSCF)和浓度权重轨迹(CWT),分析了两次重霾污染过程中大气污染物的演变特征及其潜在源区贡献.结果表明,COVID-19期间居家隔离措施对PM_(2.5)和黑碳(BC)的日变化特征影响较大,对CO、NO_(2)、SO_(2)和O_(3)的日变化影响较小.两次重霾污染过程首要污染物均是PM_(2.5),污染过程1主要是以局地污染为主,污染过程2以局地污染和外来输送为主.不同过程下气溶胶数浓度谱分布均为单峰型分布,峰值位于0.3μm,在污染过程中主要是0.2~0.5μm粒径气溶胶数浓度增加,是干净日的3.3~13.6倍.不同过程中BC_(liquid)对BC的贡献为64.8%~85.1%.BC_(liquid)的浓度为:污染过程2(5.04μg·m^(-3))>污染过程1(3.20μg·m^(-3))>干净日(疫情前,2.31μg·m^(-3))>干净日(疫情,0.76μg·m^(-3)).不同过程中PM_(2.5)和BC的PSCF和CWT分布特征不同.PM_(2.5)的PSCF高值区在干净日(疫情前)和干净日(疫情)主要分布在北京的西南方和西部,权重浓度超过30μg·m^(-3);在污染过程1和污染过程2主要分布在北京及其周边地区和西南部,权重浓度均超过90μg·m^(-3).BC的PSCF高值区在干净日(疫情前)、干净日(疫情)和污染过程1主要分布在北京及其周边地区,权重浓度分别超过2.4、0.9和4.5μg·m^(-3);在污染过程2中分布在北京西南部,权重浓度超过5μg·m^(-3).

北京市海坨山冬季不同污染过程下气溶胶化学组分及其潜在来源分析

为了探讨京津冀地区冬季背景大气中气溶胶化学组分特征及其来源分布,使用GRIMM 180、单颗粒黑碳光度计(SP2)和高分辨率飞行时间气溶胶质谱仪(HR-TOF-AMS)观测了海坨山2020年12月28日至2021年2月3日PM和化学组分,结合气象数据和HYSPLIT模式,计算了潜在源贡献因子(PSCF)和浓度权重轨迹(CWT),分析了不同污染过程下PM和气溶胶化学组分的时间演变特征及其潜在来源.结果表明,海坨山冬季沙尘过程主要影响PM_(10)和PM_(2.5),对PM_(1)的影响较小;而霾污染正好相反,主要影响PM_(1).化学组分在干净天和霾污染中占PM_(1)的比例分别为85.0%和73.4%,而在沙尘天仅占PM_(1)的47.4%.霾污染过程中NO^(-)_(3)的质量浓度最大,占PM_(1)的25.2%;在干净天和沙尘天黑碳(BC)的质量浓度最大,占PM_(1)的24.1%和12.8%.BC气溶胶的中值直径在干净天、沙尘天和霾污染中分别为209.7、207.5和204.7 nm.D_(p)/D_(c)在霾污染中最大,为2.15,分别是沙尘天和干净天的1.38和1.39倍.不同过程下PM和气溶胶化学组分的日变化特征不同.PM_(10)和PM_(2.5)的日变化在干净天和沙尘天为夜间高白天低,在霾污染为单峰型分布,峰值位于14:00.化学组分日变化在干净天为单峰型分布,在沙尘天和霾污染过程为双峰型分布.不同过程下BC的包裹层成分不同.BC的包裹层在干净天主要是NH_(4)NO_(3),在沙尘天主要是(NH_(4))_(2)SO_(4),在霾污染天主要是有机物.不同过程中PM_(1)及其化学组分的潜在来源分布不同.潜在源区高值区在沙尘天主要集中在西南部的北京-保定-石家庄-阳泉一带,在霾污染天主要集中在观测点周边的延庆、怀来和昌平一带.