我国有机碳与元素碳时空变化特征研究

2018-02-02张洁

资源节约与环保 2018年12期

张洁

（江苏省环境科学研究院江苏省环境工程重点实验室江苏南京 210036）

引言

近二十多年来，随着社会经济的迅速发展以及城市化的快速推进，各行业生产规模不断扩张，由此带来能源消费不断上升、机动车保有量的迅猛增长，造成主要大气污染物的排放量急剧增加。与此同时，由于大量人口在城市高度聚集，污染物对人体健康产生的影响也日益严重，其中PM2.5为危害人体健康首当其冲的污染物。PM2.5的来源包括一次污染源排放与二次生成。有机碳与元素碳为PM2.5中相对复杂的成分，既包括了一次颗粒物的直接排放来源，也包括了挥发性有机物、半挥发性有机物以及其他颗粒态有机物经大气化学反应生成的有机物。本文总结了有机碳与元素碳在中国各城市的污染特征，分析其空间变化趋势，并尝试总结其季节变化规律。

1 有机碳与元素碳污染特征与空间变化

有机碳（OC）与元素碳（EC）是大气含碳气溶胶的主要组成部分，国外已有较多针对大气含碳气溶胶的观测。随着对灰霾以及PM2.5研究的不断深入，国内多个城市与地区也已逐步开展含碳气溶胶的观测与研究，结果普遍显示中国含碳气溶胶浓度远高于其他发达国家，其对消光系数的影响超过40%，对灰霾产生有重要贡献[1]。

受到地理位置、气候条件、产业结构与能源消耗结构与污染控制力度等多个因素的影响，国内各城市的含碳气溶胶污染特征存在巨大差异。有研究者在全国范围内选择了覆盖北方和南方地区的14个城市，进行含碳气溶胶采样分析和空间分布研究，结果表明，相比沿海城市，OC与EC浓度在内陆城市较高；受到光照与温度等因素的影响，南方城市的二次有机碳占总碳的比例高于北方城市[2]。由于城郊污染排放差异与区域传输的影响，市区与郊区的含碳气溶胶污染特征也不尽相同。Zhang等在2006-2007年间利用大气成分观测网络（CAWNET）在全国范围内16个站点进行采样，结果显示，OC在城区和郊区的平均浓度分别为30 μg/m3和18 μg/m3，EC在城区和郊区的平均浓度分别为8.6 μg/m3和 3.4μg/m3，呈现明显的城郊差别[3]。已有研究中，关于长三角地区的报道多集中于上海与杭州，南京作为长三角地区石化化工工业发达的典型城市，其含碳气溶胶特征、二次有机气溶胶生成特征与国内其他地区存在明显差别。

2 有机碳与元素碳的时间变化规律

有机碳与元素碳的季节变化规律日益成为研究者关注的焦点。Duan等于2004年的冬季和夏季在广州市进行有机碳与元素碳观测，结果显示冬季OC浓度普遍高于夏季[4]。Zhang等对全国范围内16个站点含碳气溶胶观测研究也得到类似的结果，OC浓度在冬季最高，夏季最低[3]。研究者同时发现OC/EC随季节存在显著变化，大多数研究报道OC/EC在冬季最高，也有少数研究者发现OC/EC在夏季或者春季最高。Feng等针对上海市PM2.5观测显示冬季的OC/EC为夏季的两倍[5]。有研究者认为OC/EC的比值高是由于较高的二次有机气溶胶（SOA）生成水平导致的。广州市冬季SOC占OC的比例为36-42%，大于夏季的21-32%[4]；Tan等在广州市冬季含碳气溶胶进行观测，发现灰霾天气中OC/EC比例显著大于清洁天，并推测SOA的生成是其重要原因[7]。有研究者认为冬季较高的SOC主要与两个因素有关，首先，冬季大气层结稳定，城区产生的污染物有较长的停留时间进行光化学反应，其次，冬季较低的温度可能会导致挥发性的二次有机物凝结，从而较多的存在于颗粒态中[2]。