大气所武云飞副研究员利用单颗粒黑碳气溶胶光度计、多波段黑碳仪等仪器，在北京城区开展了针对大气黑碳气溶胶浓度和粒径分布、混合态等微物理特性的长期观测，系统研究了北京地区黑碳气溶胶的时空分布特征及影响机理。空间上，黑碳气溶胶浓度整体呈现南高北低的分布特征，与南部较高的黑碳排放有关。时间变化上，北京城区的黑碳气溶胶浓度在过去十多年间存在明显的下降趋势，年均值从2005年的7.0±6.3μgm-3降至2017年的2.7±2.1μgm-3。重点讨论了2013年《大气污染防治行动计划》实施以来北京城区黑碳气溶胶浓度和微物理特性的时间变化，结合后向轨迹聚类、潜在源贡献因子PSCF、浓度轨迹加权CWT等方法，对高浓度黑碳气溶胶的潜在来源进行判别，提出了一种基于轨迹聚类分析的排放和气象贡献分离的方法，估算了排放控制和输送场变化对黑碳气溶胶浓度变化的相对贡献。相比于2015年，2016年和2017年黑碳年均浓度下降了34%和49%，其中减排导致的浓度降低分别为39%和46%，是造成黑碳浓度下降的主导因素（图1）。
图1 2015-2017年观测点48小时后向轨迹，以及基于轨迹聚类分析估算的排放和气象因素对黑碳气溶胶浓度下降的贡献
排放控制不仅造成黑碳气溶胶浓度的明显下降，也对其粒径和混合态产生影响。2013–2019年间，虽然黑碳内核的质量等效粒径总体呈现近似对数正态分布，但其分布的质量中值粒径（MMD）存在明显减小的趋势，相反，几何标准差（GSD）明显增大。以冬季为例， MMD从2012年的219 nm下降至2018年的192 nm，而GSD从1.55增大至1.65。这种粒径分布的变化不仅与黑碳气溶胶浓度下降造成碰并过程的减弱有关，也与排放源的改变密切相关。严格的大气污染控制减少煤炭消耗，尤其是降低民用散煤和生物质燃烧，减少大粒径黑碳气溶胶的排放，这一现象在2016年北京及周边全面推行“煤改电”的措施之后更为明显（图2）。相应地，黑碳气溶胶的混合状态也发生了变化，大气中被厚包裹的黑碳气溶胶的比重显著下降，冬季内混比（指被厚包裹的黑碳气溶胶个数占总黑碳气溶胶的比例）由2012年的48%下降到2018年的29%，这种混合状态的改变会叠加在黑碳气溶胶浓度降低的基础上进一步降低大气气溶胶对太阳辐射的吸收。
上述研究成果发表在Environmental Pollution和Chemosphere期刊，研究得到国家重点研发计划（2019YFA0606801）和国家自然科学基金（41775155、41830966）资助
图2 基于单颗粒黑碳气溶胶光度计SP2测量的北京大气黑碳浓度、粒径、混合态的时间变化，同时给出了从文献中搜集的中国其他地区SP2的观测数据作为对比。
Wu YF*, Xia YJ, Zhou C, Tian P, Tao J, Huang R-J, et al., 2021: Effect of source variation on the size and mixing state of black carbon aerosol in urban Beijing from 2013 to 2019: Implication on light absorption. Environmental Pollution, 270, 116089, https://doi.org/10.1016/j.envpol.2020.116089.
文章链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0269749120367786
Xia YJ, Wu YF*, Huang R-J, Xia XA, Tang J, Wang M, et al., 2020: Variation in black carbon concentration and aerosol optical properties in Beijing: Role of emission control and meteorological transport variability. Chemosphere, 254, 126849, https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2020.126849.
文章链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0045653520310420
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