近日，气候学领域学术期刊Theoretical and Applied Climatology 《理论与应用气候学》，发表了暨南大学质谱仪器与大气环境研究所吴晟老师团队在关于黑碳气溶胶垂直分布的研究成果。
 

　　该文章总结了通过在356米的深圳气象塔(SZMT)的五个高度(2,50, 100,200和350 m)平台上部署五台微型黑碳仪进行的实时黑碳气溶胶垂直分布观测分析的成果，重点考察了不同高度下平均等效黑碳浓度(eBC，当量黑碳浓度，把所有吸光折算成EC的浓度等效值)的日变化情况，和气象条件尤其是风速、风向的影响，并通过风玫瑰和后向轨迹分析了BC来源，同时还进行了吸收?ngstr?m指数(AAE375-880)的计算解析。团队此次的分析成果，给黑碳气溶胶垂直分布观测数据和分析提供了详实的资料，并有力地证实了很多以往相关研究的结论。
 

　　作者：孙天林(硕士研究生)
 

　　通讯作者：吴晟副研究员、吴兑教授、周振教授
 

　　下载链接：https://rdcu.be/b3lv2
 

　　原文链接：https://doi.org/10.1007/s00704-020-03168-6
 

　　DOI：https://doi.org/10.1007/s00704-020-03168-6
 

　　背景介绍
 

　　黑碳(Black carbon，BC)是重要的大气气溶胶组成部分，因不*燃烧而产生。近些年，大气中黑碳的浓度显著增加不仅与大量化石燃料消耗有关，还涉及到生物质燃烧和日益增长的汽车尾气排放。黑碳的强吸光性质可改变大气的辐射特性，降低能见度，其增温效应仅次于CO2。另外，黑碳还可能吸附有毒物质并带进人体内，引起呼吸系统和心血管疾病。由于黑碳对气候变化、区域环境空气质量和人体健康造成的重大影响，相关研究已成为大气气溶胶及气候变化领域的科研热点。
 

　　图1 深圳市356米气象塔(SZMT)采样点位置和照片
 

　　五个高度平台部署微型黑碳仪情况
 

　　图文解析
 

　　
 

　　图2 a-e为五个采样高度的eBC浓度概率密度分布。红色实线表示对数正态分布函数拟合曲线，N表示数据量，f为不同高度的eBC的箱须图
 

　　eBC浓度整体表现出随高度升高而下降的趋势。eBC在2和50 m处具有双峰分布特征，在100、200和350 m处呈单峰分布，主要是因为近地面(2和50 m)受污染影响更大。
 

　　图3 eBC日变化。红色圆表示小时均值。
 

　　图4 eBC垂直廓线
 

　　从图3和图4来看，eBC日变化呈现双峰分布的规律，5个高度峰值均出现在9:00-10:00与19:00-21:00之间，出现在夜晚的高峰随着高度增加，峰值略有下降，早晚高峰与车辆尾气明显关联，傍晚高峰的幅度更大，范围更广，可能与深圳的交通法规有关，深圳的卡车(柴油车)在7:00至22:00禁止通行，柴油车的BC排放水平相对较高，是导致本研究中观察到的夜间高峰的原因。图4d表明，较高的排放量加之通常在傍晚出现的较低的污染混合层高度共同导致了BC在地表附近聚集。
 

　　图5 eBC和PM2.5时间变化。PM2.5用阴影区域表示，eBC用实线表示
 

　　图5为eBC时间变化图，可以看出eBC和PM2.5的变化趋势类似。eBC / PM2.5质量浓度比可作为PM2.5成分和来源的指标。eBC / PM2.5增加或出现峰值可能表明有高BC排放源经过观测点(例如，高排放车辆或燃烧事件)。另外，不同高度之间eBC / PM2.5的差异也可以提供一些定性的源信息。例如，eBC / PM2.5是在2 m处，这与大多数BC粒子来源于地面的事实是一致的。
 

　　图6 温度(T)，相对湿度(RH)，太阳辐射(R)和eBC浓度的时间变化。
 

　　从图6可以看出，eBC浓度的变化趋势与RH的变化趋势相似，通常与T的变化趋势相反。通过对图表趋势和特殊事件的分析，发现风速相比其他气象因素对eBC浓度的影响较大。
 

　　图7 在350 m处测得的AAE375–880的日变化。红色圆表示小时均值
 

　　吸收?ngstr?m指数(AAE)可用于定量BC气溶胶光吸收随波长变化的特性。本研究中，采用了375 nm和880 nm来测定AAE375–880。通过分析不同时段的AAE375–880值的变化，得到AAE375–880与实际污染的关联以及与颗粒物老化的关联。
 

　　文章结论
 

　　1.在深圳市356米气象塔的5个高度(2, 50, 100, 200和350 m)平台上进行的BC观测分析，发现BC浓度垂直分布随高度增加而降低的规律，不同高度BC的变化具有很好的相关性，观察到BC日变化中的双峰规律。
 

　　2.在整个观测期间，BC与PM2.5的比值相对稳定。气象因素特别是风速可能是导致BC浓度升高的关键因素。BC风玫瑰分析表明，不同高度的高BC事件来源于不同方向的贡献，确认本地一次排放源的贡献。后向轨迹分析表明，来自华中地区的气团的BC浓度水平比其余三个方向高很多。AAE375–880在350 m处表现出明显的日变化规律，可能与老化和新鲜排放的BC的占比贡献有关。
 

　　3.在未来的研究中将气象塔和无人机观测两种方法结合使用可以为BC垂直廓线的观测与研究提供更多信息。
 

　　相关仪器
 

　　microAeth® 微型黑碳仪
 

　　1、MA200 (AethLabs, CA, USA),which provides BC measurements at five wavelengths.
 

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　　/index.php/Index/productdet/ qcid/130/spid/224.html
 

　　MA200
 

　　2、AE51 (AethLabs, CA, USA), which reports BC at 880 nm only.
 

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　　/index.php/Index/productdet/cid/131/spid/363.html
 

　　AE51