珠三角典型城市黑碳气溶胶污染特征及影响因素分析

摘要

黑碳气溶胶（BC）不仅会造成空气质量恶化，也对气候变化和公众健康具有重要影响，开展BC的观测研究在环境、气候及人类健康领域都具有明显的学术价值和现实应用需求。本文利用新旧两款不同型号的黑碳仪对珠江三角洲典型城市广州市（使用AE-33型黑碳仪）和深圳市（使用AE-31型黑碳仪）的BC浓度进行在线观测，结合各站点对应的常规气象资料，对比分析了珠三角地区不同代表性站点在不同时间段的BC污染特征，同时计算了不同站点的气溶胶波长吸收指数AAE值并据此推测当地BC来源，结合后向轨迹模型和近地层风场数据分析了不同方向气流对BC浓度的影响，相关结果对于认识和了解珠三角地区大气污染现状与成因具有重要意义。本研究观测站点分别为：深圳市西涌站点（XC，郊区）、深圳市竹子林站点（ZZL，城区）和广州市天河区暨南大学大气超级监测站站点（JNU，城区），深圳市XC和ZZL站点的观测时段为2014年1月1日~2015年6月30日，广州市JNU站点观测时段为2015年10月1日~2016年5月31日。相关研究结果如下： （1）观测期间，深圳市XC和ZZL站点、广州市JNU站点的BC平均浓度分别为（1.12±0.90）μg·m-3、（2.58±2.00）μg·m-3、（2.91±2.28）μg·m-3，背景浓度分别为（0.27±1.31）μg·m-3、（1.07±0.85）μg·m-3、（1.43±0.69）μg·m-3，气溶胶吸收系数abs分别为（5.87±4.81）Mm-1、（13.47±10.50）Mm-1、（22.60±17.69）Mm-1。三个站点的背景浓度均小于其平均浓度，BC浓度分布特征均为对数正态分布。ZZL和JNU代表的城区站点的BC和abs值均高于XC代表的郊区站点，广州市JNU城区站点的BC和abs值均高于深圳市ZZL城区站点。XC站点的BC浓度远远低于珠三角整体BC水平，与全球本底青海瓦里关及海洋大气背景区海南西沙永兴岛的BC浓度较接近，说明深圳市XC站点作为珠三角地区的区域背景站具有较好的代表性。 （2）广州JNU站点和深圳ZZL站点的BC浓度日变化具有明显的峰值和谷值，深圳XC站点作为郊区站点BC浓度日变化不明显。峰值和谷值出现的时间与上下班高峰、机动车行驶规律及大气边界层变化规律相吻合。三个站点的BC浓度都呈现干季高、湿季低的季节变化特征，且BC浓度在白天低、夜间高。 （3）通过分析三个站点AAE值变化特征，发现三个站点的AAE值均接近1，说明珠三角地区BC污染主要来源于化石燃料的燃烧，XC站点受码头船舶排放的污染物影响较大，而ZZL和JNU站点受本地机动车排放的污染物影响较大。干季AAE值大于湿季，是由于干季珠三角地区生物质燃烧事件增多导致干季生物质燃烧对珠三角地区BC的贡献大于湿季。 （4）受近地面风场传输影响，城区站点和郊区站点表现不同的特征：JNU和ZZL城市站点主要受本地排放源的影响，在风速较低时BC易聚积导致BC浓度增高；XC郊区站点主要受中远距离的污染物输送影响较大，当上风向的风携带污染物较多时导致BC浓度增高。深圳市XC站点西北方向32km处是世界第三大集装箱码头（深圳盐田港），其排放的污染物较多，当西北风达到一定程度时（10~20m·s-1），码头排放的污染物将严重影响XC站点的BC浓度。 （5）根据后向轨迹聚类分析，来自中国大陆腹地的气流携带污染物较多且污染较大，当受其控制时，珠三角地区BC浓度偏大；来自南海的气流携带污染物较少且污染较小，当受其控制时，珠三角地区BC浓度偏小。ZZL站点周边和本地排放的污染物较易积聚，同时受珠三角地区形成的小尺度涡旋气流影响，表现出与珠三角核心区类似的污染性状。珠三角地区干湿季盛行风向不同，干季受大陆性气流传输影响为主，远距离输送的污染物与珠三角周边城市的本地排放污染物叠加使得干季珠三角地区BC浓度较大；湿季受海洋性气流传输影响，气流携带污染物较少且较清洁，使得湿季珠三角地区BC浓度较小；可能受高雄重化工基地排放的污染物影响，来自台湾海峡的气流传输对珠三角地区BC浓度有一定的影响，是影响珠三角地区BC浓度需要注意的一个因素。 本研究是国内使用AE-33新型黑碳仪观测BC较早的研究课题组，本研究对新旧两款不同型号的黑碳仪在观测使用及数据处理方面作出了详细说明。

目录

第一章 绪论

1.1 黑碳气溶胶概述

1.2 国内外研究现状

1.3 研究目的及内容

第二章 资料、仪器及数据处理

2.1 观测站点概况

2.2 观测资料

2.3 仪器工作原理与数据处理

第三章 深圳市黑碳气溶胶污染特征分析

3.1 观测结果分析

3.2 日变化分析

3.3 年变化分析

3.4 干湿季节变化分析

3.5 风场对BC浓度的影响

3.6 小结

第四章 广州市黑碳气溶胶污染特征分析

4.1 观测结果分析

4.2 日变化分析

4.3 干湿季节变化分析

4.4 风场对BC浓度的影响

4.5 小结

第五章 珠三角地区黑碳气溶胶的来源分析

5.1 珠三角地区BC浓度水平

5.2 波长吸收指数

5.3 后向轨迹聚类分析

5.4 小结

第六章 结论与展望

6.1 主要结论

6.2 特色与创新

6.3 不足与展望

参考文献

附录：攻读硕士研究生期间发表论文情况

致谢