南京北郊PM2.5中有机组分的吸光性质及来源

对南京北郊2018年9月~2019年9月PM_2.5中有机组分的吸光性质进行了研究,并利用PM_2.5化学组成及主成分分析法分析该地区吸光性有机碳（棕碳,brown carbon,BrC）的主要来源.结果表明,水溶性有机碳（water-soluble organic carbon,WSOC）和甲醇可提取有机碳（methanol extractable organic carbon,MEOC）在365 nm处光吸收系数（Abs_365,w和Abs_365,m）的平均值分别为（3.22±2.18）Mm^-1和（7.69±4.93）Mm^-1.Abs_365,w和Abs_365,m分别与WSOC（r=0.72,P<0.01）和MEOC（r=0.62,P=0.04）的质量浓度显著相关,均表现为冬高夏低,夜高昼低的时间变化特征.这可归结于冬季和夜间的气象特征（例如边界层高度降低和大气稳定度升高）、冬季一次源排放的增加以及夏季和白天更强的"光漂白作用".Abs_365,m/Abs_365,w的年均值（2.60±0.92）远高于MEOC/WSOC（质量浓度比值,1.37±0.30）,表明MEOC中非水溶性组分的吸光作用更强,在BrC的吸光作用中占主导地位.WSOC、MEOC、Abs_365,m和K⁺均未表现出强相关性（r<0.60）,因此生物质燃烧不是该地区BrC的主要一次来源.WSOC和MEOC质量吸收效率（MAE_365,w和MAE_365,m）及其比值（MAE_365,m/MAE_365,w）的季节变化和Abs₃₆₅相同.MEOC中非水溶性组分的MAE₃₆₅［（4.10±5.15）m²·g^-1］分别是MAE_365,w和MAE_365,m的6.0和2.9倍,支持BrC的吸光作用受非水溶性有机组分主导这一推断.和WSOC的埃氏吸收指数（Å_WSOC）相比,MEOC的埃氏吸收指数（Å_MEOC）随时间变化更显著,这可能与非水溶性吸光组分排放的季节变化有关.主成分分析结果显示,本研究PM_2.5中有机组分的吸光作用主要来源于二次形成过程和人为活动相关的一次排放,而不是生物质燃烧.     

中国长三角背景点冬季大气棕碳污染特征及来源解析

为探究长三角城市群背景点大气棕碳（brown carbon,BrC）的污染特征及来源,本研究采集并分析了长三角城市群下风向地区上海崇明岛2018年12月~2019年1月大气PM_2.5样品的化学组成及光学特性.结果表明,甲醇萃取的棕碳在波长365 nm处的吸光系数（absorption coefficients,Abs_365,M）平均为（5.39±3.33）M^-1·m^-1,是水萃取棕碳的1.3倍,且二者均随pH值的增大而显著增加,显示大气颗粒物酸度较弱时有利于棕碳光吸收.冬季Abs₃₆₅和单位质量吸光效率（mass absorption efficiency,MAE₃₆₅）均呈现出夜高昼低的变化趋势,且夜间Abs₃₆₅与左旋葡聚糖呈强线性相关（R²=0.72）,说明生物质燃烧排放大量的吸光性物质是导致夜间Abs₃₆₅较高的一个重要原因.冬季硝基芳香族化合物（nitro-aromatic compounds,NACs）和多环芳烃（polycyclic aromatic hydrocarbons,PAHs）平均浓度分别为（1.5±1.1）ng·m^-3和（8.3±4.7）ng·m^-3,作为棕碳重要的发色基团,二者在365 nm波长处对BrC的吸光贡献分别为0.1%和0.067%.正交矩阵源解析（positive matrix factorization,PMF）分析表明,生物质和化石燃料等燃烧源的直接排放是冬季崇明岛棕碳的主要来源,贡献达56%,其次是二次生成棕碳,占比为24%,而道路扬尘源仅占6%.     

广州城区黑碳气溶胶吸光增强特性研究

本研究运用最小相关系数法（MRS）,使用元素碳（EC）作为示踪物,得到一次排放的质量吸光效率（MAE_p）,结合黑碳仪（AE33）和有机碳/元素碳分析仪获得实测的质量吸光效率MAE_t,进而通过MAE_t/MAE_p的比值得出吸光增强系数（E_abs）.采样站点位于广州市城区暨南大学大气超级监测站,采样时间涵盖了干季（2019年1月26日~3月31日）和湿季（2018年5月1日~7月31日）.对广州市城区的黑碳气溶胶及其光学特征进行分析,EC在干季的平均浓度（1.93±1.38）μgC/m³高于湿季（1.46±0.75）μgC/m³,而E_abs520在干季的均值（1.26±0.34）低于湿季（1.63±0.55）.E_abs520在干湿季的日变化差异明显,但有机碳（OC）、EC、OC/EC、波长指数（AAE_470-660）均为干季高于湿季.分析发现气溶胶负载补偿参数k值与E_abs520在湿季呈现出较好的相关性,而在干季相关性较差,可能与生物质燃烧的影响有关;探讨了O₃、NO₂和SOC/OC对E_abs520的影响,在干季O₃与E_abs520的相关性较差（R²=0.21）,在湿季较好（R²=0.46）,SOC/OC却展现出了相反的关系,而NO₂在干季和湿季与E_abs520的相关性都较差（R²=0.01）,并发现温度对E_abs520存在一定的影响.通过后向轨迹聚类分析发现,长距离传输气团的的黑碳E_abs520值较高.     

广州城区黑碳气溶胶吸光增强特性研究

本研究运用最小相关系数法（MRS）,使用元素碳（EC）作为示踪物,得到一次排放的质量吸光效率（MAE_p）,结合黑碳仪（AE33）和有机碳/元素碳分析仪获得实测的质量吸光效率MAE_t,进而通过MAE_t/MAE_p的比值得出吸光增强系数（E_abs）.采样站点位于广州市城区暨南大学大气超级监测站,采样时间涵盖了干季（2019年1月26日~3月31日）和湿季（2018年5月1日~7月31日）.对广州市城区的黑碳气溶胶及其光学特征进行分析,EC在干季的平均浓度（1.93±1.38）μgC/m³高于湿季（1.46±0.75）μgC/m³,而E_abs520在干季的均值（1.26±0.34）低于湿季（1.63±0.55）.E_abs520在干湿季的日变化差异明显,但有机碳（OC）、EC、OC/EC、波长指数（AAE_470-660）均为干季高于湿季.分析发现气溶胶负载补偿参数k值与E_abs520在湿季呈现出较好的相关性,而在干季相关性较差,可能与生物质燃烧的影响有关;探讨了O₃、NO₂和SOC/OC对E_abs520的影响,在干季O₃与E_abs520的相关性较差（R²=0.21）,在湿季较好（R²=0.46）,SOC/OC却展现出了相反的关系,而NO₂在干季和湿季与E_abs520的相关性都较差（R²=0.01）,并发现温度对E_abs520存在一定的影响.通过后向轨迹聚类分析发现,长距离传输气团的的黑碳E_abs520值较高.     

西安市大气棕碳污染特性及发色团种类

为探究西安市大气棕碳（BrC）的光学特性及化学组成,利用大气颗粒物采样器和吸附剂同时采集了颗粒相和气相大气样品,并运用紫外-可见分光光度计和三维荧光光度计测定了样品中BrC的吸光和荧光特性,基于平行因子分析（PARAFAC）法解析三维荧光光谱得到BrC的种类和组成信息.结果表明,在波长为365 nm时,颗粒相和气相BrC的吸光度分别为（13.8±7.9）Mm^-1和（8.0±3.1）Mm^-1,两者占比分别为63%和37%.本研究并未发现气相和颗粒相BrC吸光度之间有显著的相关性.PARAFAC结果表明,西安市大气BrC含有类腐殖质发色团、类酚类发色团和类蛋白发色团,而它们分别在气相和颗粒相BrC中的占比是不同的,类腐殖质发色团和类蛋白发色团在颗粒相中分布较多,分别为41%和36%,而气相中主要包含酚类发色团,其占比为78%.本研究结果揭示了气相BrC也可能是贡献大气正辐射强迫的重要因子,以及参与大气光化学反应的重要大气组分,将来的研究需要给予足够重视和关注.     

南京北郊黑碳气溶胶分布特征及来源

黑碳(black carbon, BC)是含碳物质燃烧排放所产生的大气颗粒物(particulate matter, PM)中一种重要组分,其对辐射效应表现为对太阳辐射的吸收和散射,影响着地气系统的能量交换.本研究于2019年1～5月在南京北郊利用黑碳仪AE33(aethalometer,magee)测量了黑碳气溶胶浓度数据,对其日夜变化和季节变化进行分析,并筛选出污染天与清洁天,对其特征和来源进行分析.结果显示采样期间黑炭气溶胶的平均浓度为(3.8±2.3)μg·m^-3,冬季浓度为春季的1.3倍.BC浓度呈现明显的日变化,BC高值出现在日间交通高峰时间段,受到交通排放的影响较大.?ngstr?m指数α冬春整体差异不大,春季为1.32冬季为1.30,此结果也指出BC排放源以机动车排放为主.此外,针对采样期间污染天与清洁天的BC来源特征进行分析,发现污染天机动车排放源占比为68%～87%,清洁天为72%～86%,清洁天来源小幅波动但均以机动车排放源为主,污染天相对而言存在一定的机动车源减少生物质和煤炭燃烧源增加的情况,取决于污染时段的排放情况,利用BC/CO(0.0...     

西安供暖前后细颗粒物化学特征及棕碳吸光特性

2015年11月1—30日在西安用大流量采样器每12 h进行1次细颗粒物(PM_(2.5))样品采集,分析供暖前后PM_(2.5)中有机碳(OC),元素碳(EC),水溶性有机碳(WSOC)与无机离子的浓度和棕碳吸光度的变化特征,探讨供暖对城市大气气溶胶理化特性的影响。结果显示:供暖前(11月1—15日)与供暖后(11月16—30日)PM_(2.5)浓度分别为127±59μg?m~(-3)和164±126μg?m~(-3),供暖后比供暖前增加了30%,其中K~+、Cl~-、和分别增加了30%、70%、40%和38%。洁净期(PM_(2.5)75μg?m~(-3))与灰霾期(PM_(2.5)150μg?m~(-3))对比显示:洁净期Na~+、Ca~(2+)、Mg~(2+)的相对含量均大于灰霾期,这是由于灰霾发生时不利的静稳天气条件(风速1 m?s~(-1))使得粉尘粒子干沉降效应增加所致。洁净期[NO_3~-]/[SO_4~(2-)]质量比均大于1而灰霾期均小于1,这是因为灰霾期高湿条件有利于二氧化硫液相转化为硫酸盐所致。供暖前灰霾期[NO_3~-]/[SO_4~(2-)]比值要高于供暖后的灰霾期,这与西安及其周边地区燃煤取暖排放二氧化硫增加有关。供暖前后棕碳的质量吸收效率(MAE)值均是洁净期大于灰霾期,表明:与非灰霾天相比,当灰霾发生时不利的静稳天气条件使得细粒子在大气中长时间存留,延长其二次氧化反应时间,使得棕碳中含C=C不饱和键的吸光性物质被深度氧化,从而降低其吸光性能。     

2015~2019年南京北郊碳质气溶胶组成变化

碳质气溶胶是大气细颗粒物的重要组成,对空气质量、人体健康和气候变化有着重要影响.为了探究碳质气溶胶在减排背景下的长期变化,本研究测定了南京北郊5 a（2014年12月17日至2020年1月5日） PM_2.5样品的有机碳（OC）和元素碳（EC）浓度.结果表明,ρ（OC）和ρ（EC）5a平均值分别为（10.2±5.3）μg·m^-3和（1.6±1.1）μg·m^-3,其中OC占PM_2.5的31.1%,EC占PM_2.5的5.2%.OC和EC均呈现出冬高夏低的季节特征.通过非参数的Mann-Kendall检验和Sen’s斜率发现,OC和PM_2.5的浓度整体呈显著下降趋势[OC:P<0.000 1,-0.79μg·（m³·a）^-1,-0.29%·a^-1; PM_2.5:P<0.000 1,-4.59μg·（m³·a）^-1,-1.5...     

洛阳地区碳质组分季节特征及来源解析：棕碳的重要贡献

为探究洛阳地区碳质气溶胶尤其是棕碳的季节、污染特征及其来源解析,于2018～2019年的四季共采集到98个样品,并分析了碳质气溶胶浓度特征和光学特性.4个季节ρ[有机碳(OC)]和ρ[元素碳(EC)]介于(7.04±1.82)～(23.81±8.68)μg·m^-3和(2.96±1.4)～(13.41±7.91)μg·m^-3,呈现冬高夏低的季节变化趋势;与2015年相比,碳质组分的占比升高了8.33%～141.03%,二次有机气溶胶占比(SOC/OC)升高了0.77%～63.14%.碳质气溶胶光吸收截面(MAC)值与碳质组分的浓度呈现出不同的季节变化,秋季(7.67m²·g^-1)>冬季(5.65 m²·g^-1)>春季(5.13m²·g^-1)>夏季(3.84m²·g^-1),445 nm处的MAC值(3.84～7.67m²·g^...     

南京北郊大气细粒子硝基苯酚类化合物污染特征与来源

硝基苯酚类化合物是大气中普遍存在的一类含氮有机物,也是大气吸光性有机物(即棕色碳)的重要组成部分,对气候变化、空气质量和人体健康都具有重要影响.自2019年3月至2020年1月于南京北郊地区采集了共265个大气细粒子(PM2.5)日样品,并利用超高效液相色谱质谱联用仪(UHPLC-MS)定量分析样品中的8种硝基苯酚类化...     

中国秸杆焚烧及民用燃煤棕色碳排放的初步研究

近年来的研究表明,在BC(黑碳)和OC(有机碳)之间,还存在着一种有弱吸光能力的OC,因大多显棕黄色而被称为BrC(brown carbon,棕色碳). 广泛存在的秸杆焚烧和冬季大量民用燃煤的使用,使国内BrC排放严重,但鲜见对其排放量的测算. 采用七波段黑碳仪(aethalometer)方法,对夏季小麦秸杆焚烧过程及冬季民用炉燃煤过程产生的烟气进行现场监测,根据BrC与BC的光谱关联性差别,分化出R_BrC/BC(总光学衰减中BrC和BC的相对贡献). 结果表明:麦秆焚烧和民用燃煤烟气的R_BrC/BC分别为1.754±0.278和0.183±0.142. 借助R_BrC/BC值,结合现有的BC排放清单(2000年),初步推算出中国民用燃煤和秸杆田间焚烧BrC的排放总量(以BC当量计,下同)为(270.6±101.6)Gg,接近同期BC排放量的一半;其中秸杆焚烧的BrC排放量为(175.4±27.8)Gg,约占二者总量的65%;民用燃煤的BrC排放量为(95.2±73.7)Gg,约占35%. 该研究结果可为更全面的BrC排放测算奠定基础,并为研究BrC的大气化学及辐射强迫提供依据.      

大气棕色碳测定方法研究进展

大气棕色碳(brown carbon,BrC)是碳气溶胶中具有吸光性的有机碳(OC)的总称,与黑碳(black carbon,BC)相比,其吸光能力随波长变短增长更快,是近年大气气溶胶能量收支研究领域的热点之一。BrC来源广泛且并不特指一种化学物质,因而当前鲜有公认的BrC标准测定方法或参考物质。介绍了文献报道的BrC测定方法,包括通过溶剂萃取的方式将BrC分离的化学法,借助BrC与BC吸光性差别分离出BrC吸光贡献的光学法,在传统的热光学法碳分析仪上借助BrC与BC热稳定性差异从光学上分离BrC与其他物质的热光学法,以及面向分子水平的BrC表征方法质谱法。对各类测定方法的原理、特点、应用和研究进展进行了系统的总结和评述,指出当前几乎所有关于BrC的定量测定方法都是探索性的,具有很大的局限性,需构建一个不排斥多样性和独立性的包容性方法体系,以便使不同方法的测定结果具有一定程度的可比性。     

大气棕色碳的研究进展与方向

有机气溶胶是大气气溶胶的重要组成部分.近年来,部分有机气溶胶被证实在紫外-近可见光波段能进行有效光吸收.吸光有机气溶胶(即棕色碳)已成为当前国际大气环境领域的研究热点之一,其吸光贡献对辐射强迫、区域空气质量、全球气候变化的影响备受关注.中国城市群区域大气复合污染严重,2013年1月以来,大尺度区域能见度降低、灰霾现象频繁发生.研究表明,中国大气棕色碳的负荷高,其重要贡献源类如生物质与化石燃料燃烧等排放量大,棕色碳在中国大气细颗粒物总消光中的贡献及其辐射强迫亟需评估.然而,棕色碳的基础研究还较为薄弱,特别是对它的组成及来源的认识仍十分有限.本文旨在指出在中国开展大气棕色碳研究的紧迫性和必要性,并从棕色碳的来源、组成、测量方法、浓度分布、光学特性、辐射强迫贡献等角度介绍目前国际研究进展,提出现有问题与不足,以及对未来研究方向的建议,以促进对棕色碳的认识与了解,为中国在该领域的研究提供参考和依据.     

广州城区秋冬季大气颗粒物中WSOC吸光性研究

主要对广州秋季(2014年9月)和冬季(2014年12月~2015年1月)大气PM_(2.5)和不同粒径段颗粒物样品中水溶性有机碳(WSOC)的吸光性进行了研究.结果表明,PM_(2.5)上WSOC的光吸收波长指数(AAE_(abs))秋、冬季分别为3.72±0.41和3.91±0.70,低于北京和北美地区测量结果.WSOC在365 nm波长的质量吸收效率(MAE)秋、冬季分别为0.52 m~2·g~(-1)和0.92m~2·g~(-1),两个季节具有明显的差异.冬季WSOC的MAE值呈现随粒径增大而降低的趋势;而秋季所有粒径段颗粒MAE_(WSOC)都比冬季低,特别是0.95μm粒径段颗粒降低得更多,这表明秋季颗粒物中WSOC二次源的贡献更大一些,而且主要是富集在亚微米级颗粒物上.此外,对比本研究以及文献中报道的元素碳(EC)和WSOC的MAE值,可以发现在颗粒物受一次源排放影响较大的情况下,WSOC对于颗粒消光的贡献是不容忽视的.     

广州地区大气棕色碳气溶胶光吸收特性

2014年冬季在广州番禺站利用校正后的7波段黑碳仪数据,计算棕色碳(BrC)在不同波长的光吸收特性,并结合气溶胶及气体成分在线监测仪(MARGA)和在线OCEC分析仪同步观测数据,分析了BrC的来源.结果表明:BrC在370、470、520、590和660 nm处对光吸收的贡献随波长增大而变小,不同波段的贡献分别为25. 9%、19. 7%、14. 1%、11. 6%和7. 7%; BrC光吸收系数、水溶性钾离子(K~+)和有机碳(OC)浓度大致呈现日间低,夜间高的趋势,说明生物质燃烧产物对BrC的光吸收系数贡献很大,傍晚附近农村地区逐渐活跃的秸秆燃烧活动和夜间稳定的边界层也有利于污染物累积; BrC光吸收系数与OC的比值在午后出现低值,说明二次有机气溶胶和老化的气溶胶的吸光能力较弱.相关性分析表明,BrC光吸收系数与K+离子和OC浓度的相关性最高,BrC光吸收系数与硝酸根(NO_3~-)和铵根(NH_4~+)离子也具有较高的相关性.