南京北郊黑碳气溶胶的污染特征及其来源解析

发布时间：2020-07-09 22:54

【摘要】：利用2015年1月～2016年12月南京北郊站点黑碳(black carbon,BC)气溶胶质量浓度的观测数据,对该地BC的时间变化特征及其影响因子进行了分析;同时结合黑碳仪模型,定量分析了化石燃料燃烧(BCff)和生物质燃烧(BCbb)排放的BC浓度大小。采用HYSPLIT后向轨迹模式和浓度权重轨迹(CWT)分析法等,讨论研究期内到达南京地区不同路径的空间特征、BC潜在源区的季节分布及其贡献特性等。主要结论如下:1)南京北郊BC质量浓度的日均值为2200±1309 ng/m3。与2015年相比,2016年BC整体浓度水平明显降低,平均浓度下降约30%。BC浓度的季节变化呈冬季最高夏季低的特点,不同季节内BC浓度的频率分布表明,冬季BC重污染事件明显高于其他季节。BC浓度的日变化呈现双峰结构,峰值分别出现在06:00～09:00和19:00～22:00,二者的形成与人为活动、近地层气象条件以及大气边界层的动力状况密切相关。2)BC和NOx、PM2.5的相关性较好,相关系数分别为0.67和0.61,存在共同来源。BC和CO、SO2存在一定的相关性,有部分共同来源。但较低的△BC/△CO比值说明生物质燃烧对南京北郊BC有着重要贡献。BC与风速的相关分析表明,当风速在1～3 m/s时,BC浓度随风速增大而下降的幅度最大;当风速大于3 m/s时,BC浓度随风速而变化的趋势并不明显。观测期间降水对BC浓度变化的作用较为显著,非降水期BC浓度大约是降水期的1.2倍。各季节BC浓度与边界层高度的日变化均呈明显的负相关,且清洁天平均边界层高度均大于污染天的边界层高度,表明边界层内的动力效应对BC浓度的变化起着重要作用。3)BC吸收系数的日变化范围在10.5～199.1 Mm-1,大气消光系数范围在127.9～1764.3 Mm-1,二者比值的变化范围在3%～46%,期间的平均值约为12.6%。霾和重度霾天气下,BC浓度及其吸收系数均值分别是非霾天气下的2倍和2.3倍。4)BC的吸收波长指数(α)呈春冬季高而夏季较低的特点。BCbb贡献百分比(BCbb%)的频率分布也有类似特征,夏季BCbb%整体水平偏低而春冬季高值分布较多,春冬季节除了现有化石燃料排放来源外,生物质燃烧源的贡献有所增加。BCff和BCbb的分布表明:冬季BCff和BCbb有最大值,其他季节的BCff和BCbb浓度相对较小且值都较为接近。BCff在各季节BC总浓度中占比略有不同但均高于75%,说明化石燃料燃烧排放是南京北郊大气BC的主要来源。5)观测期间南京北郊气流输送的四季变化特征明显,春、夏、秋季来自东面的海洋气流占有较大比例,对应BC浓度低值;而冬季来自西北内陆地区的气流所占比例较高,对应BC浓度高值。结合CWT的结果可知,影响南京北郊地区高浓度BC的主要源区除浙江、安徽以及江西和福建北部地区以外,河南、山东等局部地区对于南京北郊BC的浓度高值亦有一定贡献。
【学位授予单位】：南京信息工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X513
【图文】：

观测点,吸收系数

逑西南方向为龙王山风景区，海拔在ｌ00ｍ左右。其余方向为农田或居民区。周围环境情逡逑况见图２．１邋（ｂ）。逡逑Ｈ画逡逑Ｉｌｉａ逡逑图２．１观测点及周边地区逡逑２．３数据分析方法逡逑２．３．１吸收系数的波长指数计算逡逑气溶胶对光的吸收特性与波长之间联系的幂律关系式可以表示为：逡逑ａａＭ邋＝邋Ｋｒ逦（２）逡逑式中，是吸收系数；ＡＴ为常数；ａ邋—般称为吸收系数的Ａｎｇｓｔｒ６ｍ指数，它反映了气逡逑溶胶颗粒的形状大小、化学成分以及混合状态［５２：１。ａ可通过测量不同波长下的值计逡逑算得到：逡逑＿逦＾邋＾ａｂｓｊＳ）逡逑ａ＾－逦ｌｎ（Ｖ４）邋—逦＾逡逑２．３．２消光系数的计算逡逑大气消光系数可通过能见度计算转换得到，二者间的关系用Ｋｏｓｃｈｍｉｅｄｅｒ公式逡逑表示为：逡逑ｂｅｘｔ＝邋３．９１２／Ｆｒ逦（４）逡逑式中，Ａｅｘｔ表不大气消光系数，对应波长为５５０邋ｎｍ；邋Ｖｒ为大气能见度；３．９１２是逡逑Ｋｏｓｃｈｍｉｅｄｅｒ常数，由人眼对比度阈值的灵敏度（２￣５％）以及视程内物体对于天空的固逡逑有对比度决定。而高澜等［５４］依据南京地区实测的气溶胶散射系数和能见度数据计算分析逡逑７逡逑

时间序列,月变化,质量浓度,日变化

第三章黑碳气溶胶的浓度变化特征逡逑３．１黑碳气溶胶的时间序列逡逑图３．１为南京北郊２０１５？２０１６年ＢＣ质量浓度的日变化和月变化特征，整个观测期逡逑间ＢＣ浓度的日均值为２２００±１３０９ｎｇ／ｍ３，日均最低值出现在２０１６年９月１６日，为１５０逡逑ｎｇ／ｍ３，仅为年均值的６．８％；日均最高值出现在２０１５年１月５日，达到１０４２３邋ｎｇ／ｍ３，逡逑是年均值的４．７倍。大约４０％的ＢＣ日均样本超过整体平均水平，表明当地ＢＣ污染较逡逑为严重。浓度高值主要集中在１２月和１月，月均质量浓度为２７９６￣３４７０ｎｇ／ｍ３；其他月逡逑份ＢＣ浓度相对偏低，月均质量浓度在９３３？２７７８邋ｎｇ／ｍ３。其中，ＢＣ浓度月平均在２０１５逡逑年１月有最大值，在２０１６年５月有最小值。这一变化趋势也与上海［３４］、合肥［３５］、西安逡逑［１３］、Ｄｈａｎｂａｄ邋（印度）［６２］等地的观测结果较为相似。逡逑ＢＣ质量浓度的变化趋势存在显著的年际差异。２０１５年ＢＣ浓度的年均值为逡逑２６５４±１３６４邋ｎｇ／ｍ３，且日均浓度值的分布较为分散，高值点也较多，表明了邋２０１５年ＢＣ逡逑污染事件出现频繁。２０１６年ＢＣ整体质量浓度水平比２０１５低

黑碳,日变化,质量浓度,浓度

［６６］［６７］；冬季本地燃煤活动的增加以及频繁的逆温天气易造成局地ＢＣ污染，此外，在盛逡逑行西风的作用下，南京地区受内陆地区生物质燃烧、采暖等排放污染物气流输送的影响，逡逑ＢＣ浓度较高。图３．２给出了不同季节ＢＣ小时平均浓度的频率分布情况，春、夏、秋季逡逑ＢＣ浓度的高频值都在２０００邋ｎｇ／ｍ３以内，而冬季主要分布在２０００？４０００邋ｎｇ／ｍ３之间。冬季逡逑ＢＣ浓度小于４０００邋ｎｇ／ｍ３的数据占总体的７４．４％，春、夏、秋季浓度小于４０００邋ｎｇ／ｍ－３的逡逑数据所占比例基本相当，分别为９２．９％、９３．８％和９０．７％。可见春、夏、秋季ＢＣ浓度逡逑绝大多集中在４０００邋ｎｇ／ｍ３以内，大于４０００邋ｎｇ／ｍ３的高值所占比例很小，而冬季ＢＣ浓度逡逑不仅高值多且占的比例也偏高，大于４０００邋ｎｇ／ｍ３的高值占到了邋２５．６％。以上ＢＣ浓度季逡逑节变化和频率分布情况表明了南京北郊冬季ＢＣ重污染事件明显高于其他三个季节。逡逑８０邋逦逡逑？逦W春季逡逑７０邋－逦夏季逡逑■秋季逡逑６０－８１＾逦困冬季逡逑－ＩＩＩ逡逑ａ邋３0邋ｉｌｉａ邋Ｊ逡逑２０＇Ｍｍ邋ＩＩＩｓ逦ｐ逡逑－ｉｉｌ？邋？｜ｉｉ逦ｉ逦＾逡逑０－２０００逦２０００－４０００逦４０００－６０００逦＞６０００逡逑ＢＣ（ｎｇ／ｍ３）逡逑图３．２邋ＢＣ质量浓度的季节频率分布逡逑３．３黑碳气溶胶的日变化逡逑图３．３分析了南京北郊ＢＣ平均日变化特征。从图中可知，各季节、月份ＢＣ曰变逡逑化趋势基本相同

【参考文献】