張 歡 樊 儒 羅相林 李 龍

（寶雞文理學(xué)院地理與環(huán)境學(xué)院陜西省災(zāi)害監(jiān)測(cè)與機(jī)理模擬重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 陜西寶雞 721013）

引言

黑碳（black carbon，BC）是氣溶膠的重要組成成分，對(duì)太陽(yáng)輻射、環(huán)境空氣質(zhì)量、人類身體健康、全球氣候變化有著不可忽視的影響[1]。近些年來(lái)，隨著工業(yè)化的快速發(fā)展，空氣污染也愈發(fā)嚴(yán)重。從20 世紀(jì)70 年代開(kāi)始，國(guó)際上就開(kāi)始對(duì)南北極等極地地區(qū)的黑碳?xì)馊苣z濃度特性進(jìn)行研究探索[2～4]。國(guó)內(nèi)從20 世紀(jì)90 年代在瓦里關(guān)本底站對(duì)BC 進(jìn)行監(jiān)測(cè)[5]。之后，眾多學(xué)者開(kāi)始關(guān)注其他地區(qū)BC 氣溶膠的污染特征，國(guó)內(nèi)有武漢[6]、南京[7][8]、成都[9]、廣州[10]、西安[11]等都有相關(guān)數(shù)據(jù)報(bào)道。

國(guó)內(nèi)外主要對(duì)黑碳的溫室效應(yīng)、健康效應(yīng)以及其來(lái)源進(jìn)行研究[12～14]。相關(guān)研究表明大氣中BC 氣溶膠來(lái)源主要包括自然源和人為源，自然源主要來(lái)自火山爆發(fā)和森林大火等，而人為源主要來(lái)自生物質(zhì)和化石燃料等物質(zhì)的不完全燃燒，因此城市中工業(yè)和交通運(yùn)輸是BC 的主要來(lái)源[15～17]。

蘭劍等[18]通過(guò)對(duì)上海市2014 年黑碳?xì)馊苣z的監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)，其日變化呈雙峰型，BC 濃度季節(jié)變化呈冬季高夏季低的趨勢(shì)。

孫天林等[19]通過(guò)對(duì)東莞市的BC 氣溶膠數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)后，發(fā)現(xiàn)BC 氣溶膠頻率呈正態(tài)分布，其濃度呈干季高，濕季低的趨勢(shì)。

關(guān)亞楠等[20]利用石家莊南郊的BC 濃度數(shù)據(jù)分析后發(fā)現(xiàn)，BC 潛在源區(qū)主要集中于山西中部、河北南部以及河南北部。陳程等[21]利用連云港2016 年的BC 氣溶膠數(shù)據(jù)分析后，發(fā)現(xiàn)BC 濃度與能見(jiàn)度和風(fēng)速呈負(fù)相關(guān)。

程丁等[22]通過(guò)對(duì)2014 年1 月1 日-2015 年6 月30 日深圳郊區(qū)和城區(qū)的BC 數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，分析發(fā)現(xiàn)城區(qū)污染比郊區(qū)較為嚴(yán)重。周變紅等[23]對(duì)2018 年1 月1 日-3 月31 日寶雞市BC 濃度進(jìn)行觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)BC 平均濃度為0.63 μg/m3，日變化呈雙峰雙谷型。

寶雞處于汾渭平原的西部，北鄰渭河，南依秦嶺。近年來(lái)開(kāi)展了黑碳?xì)馊苣z的研究，Zhou 等[24]對(duì)2015 年寶雞市的BC 質(zhì)量濃度進(jìn)行觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)BC 濃度與人類活動(dòng)及氣象因素相關(guān)。

本文利用2017 年12 月1 日-2017 年12 月31日寶雞市高新區(qū)BC 氣溶膠數(shù)據(jù)以及同期污染物（PM10，PM2.5，SO2，NO2和CO）數(shù)據(jù)，對(duì)其來(lái)源進(jìn)行分析研究，為寶雞市未來(lái)大氣污染防范與治理提供參考依據(jù)。

研究區(qū)選擇寶雞文理學(xué)院東區(qū)明理樓的樓頂，采樣點(diǎn)周圍沒(méi)有明顯的工業(yè)污染源，距地面大約20 m。

1 觀測(cè)儀器和觀測(cè)時(shí)間

觀測(cè)期間使用的監(jiān)測(cè)儀器為Magee Scientific Company（美國(guó)瑪基科技公司）生產(chǎn)的AE-31 型黑碳儀。AE-31 型黑碳儀共有7 個(gè)測(cè)量通道，分別為370，470，520，590，660，880 和950 nm，采樣所用的是PM2.5 切割頭，其時(shí)間分辨率為5 min，本文采用波長(zhǎng)為880 nm 的測(cè)量通道數(shù)據(jù)，觀測(cè)時(shí)間為2017年12 月1 日-2017 年12 月31 日，剔除因斷電、設(shè)備出現(xiàn)故障以及維護(hù)期間缺失的數(shù)據(jù)，有效觀測(cè)日數(shù)共計(jì)29 d，資料有效率為90.5%。

觀測(cè)期間寶雞市空氣質(zhì)量較差，觀測(cè)資料能夠反映出黑碳?xì)馊苣z污染的峰值，有利于評(píng)估嚴(yán)重污染階段BC 的來(lái)源。觀測(cè)時(shí)間為2017 年12 月1 日-2017 年12 月31 日。利用該時(shí)間段內(nèi)BC 氣溶膠數(shù)據(jù)和同期污染物（PM10，PM2.5，SO2，NO2和CO）數(shù)據(jù)，分析了BC 濃度的變化特征，且利用SPSS 對(duì)BC濃度和PM10，PM2.5，SO2，NO2和CO 進(jìn)行相關(guān)性分析研究。

根據(jù) 《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3095-2012）中PM2.5 質(zhì)量濃度二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)限值（75 μg/m3）可知，觀測(cè)期間超過(guò)二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)限值有16 d，有12 d 空氣質(zhì)量為良級(jí)別（50＜AQI≤100），有10 d 空氣質(zhì)量為輕度污染級(jí)別（100＜AQI≤150），有5 d 空氣質(zhì)量為中度污染級(jí)別（150＜AQI≤200），有3 d 空氣質(zhì)量為重度污染級(jí)別（200＜AQI≤300），有1 d 空氣質(zhì)量為嚴(yán)重污染級(jí)別（AQI≥300）。

觀測(cè)點(diǎn)旁設(shè)國(guó)控站點(diǎn)，有六要素PM2.5、PM10、O3、SO2、NO2、CO 的同步觀測(cè)儀器。

2 結(jié)果與分析

2.1 BC濃度時(shí)間變化特征

2017 年12 月1 日-31 日寶雞高新區(qū)BC 濃度平均值為1.7 μg/m3，觀測(cè)期間最大值出現(xiàn)在12 月28日，BC 濃度為3.4 μg/m3，最小值出現(xiàn)在12 月7 日，BC 濃度為0.9 μg/m3。為了進(jìn)一步研究不同污染天氣下，BC 濃度的變化，對(duì)觀測(cè)期間數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)，當(dāng)空氣質(zhì)量為“良”時(shí)，BC 濃度為1.3 μg/m3，當(dāng)空氣質(zhì)量為“輕度污染”時(shí)，BC 平均濃度為1.7 μg/m3，當(dāng)空氣質(zhì)量為“中度污染”時(shí)，BC 平均濃度為2.1 μg/m3，當(dāng)空氣質(zhì)量為“重度及以上污染”時(shí)，BC 平均濃度為2.5 μg/m3，表明BC 濃度隨著空氣質(zhì)量的變差而逐漸升高。

2.2 不同天氣條件下BC濃度的日變化

對(duì)不同天氣條件下BC 濃度的日變化進(jìn)行分析研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)空氣等級(jí)為“良”、“輕度污染”、“中度污染”、“重度及以上污染”時(shí)，BC 濃度日變化趨勢(shì)基本一致，均呈雙峰雙谷型，且污染越重，BC 的濃度越大。不同天氣條件下BC 濃度第一個(gè)峰值均出現(xiàn)在08:00～09:00，清晨伴隨著早高峰的開(kāi)始，車流量逐漸增加，汽車尾氣排放導(dǎo)致BC 氣溶膠濃度升高，污染嚴(yán)重時(shí)，加之大氣層較穩(wěn)定，故BC 氣溶膠濃度會(huì)更高；午后隨著光照增強(qiáng)，太陽(yáng)輻射增加，對(duì)流活動(dòng)逐漸增強(qiáng)，擴(kuò)散條件變好，BC 氣溶膠濃度逐漸降低，在15:00～16:00 達(dá)到一天的最小值；之后隨著晚高峰的到來(lái)，車輛逐漸增多，大氣層較穩(wěn)定，故在18:00～20:00時(shí)間段BC 濃度達(dá)到另一個(gè)峰值，夜間隨著人類活動(dòng)的減少，BC 濃度會(huì)在凌晨04:00～05:00 達(dá)到另一個(gè)谷值。

2.3 不同天氣條件下BC濃度和污染物相關(guān)性分析

為了進(jìn)一步研究BC 濃度與PM10，PM2.5，SO2，NO2和CO 這五種主要污染物濃度間的關(guān)系，利用SPSS 對(duì)不同天氣條件下的BC 濃度和同期PM10，PM2.5，SO2，NO2和CO 濃度進(jìn)行Pearson 相關(guān)性分析，發(fā)現(xiàn)當(dāng)空氣質(zhì)量為 “良” 時(shí)，BC 濃度與PM10，PM2.5，SO2，NO2和CO 均呈正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.372，0.549，0.250，0.590 和0.629，表明空氣質(zhì)量為“良”時(shí)，BC 濃度和PM2.5、NO2、CO 相關(guān)性較高，說(shuō)明BC 可能來(lái)源于含碳物質(zhì)不完全燃燒，機(jī)動(dòng)車尾氣的排放等。

當(dāng)空氣質(zhì)量為“輕度污染”時(shí)，BC 濃度與物種污染物相關(guān)系數(shù)從大到小依次為0.707（PM2.5）＞0.674（CO）＞0.519（NO2）＞0.287（SO2）＞0.282（PM10），在此空氣質(zhì)量下BC 的污染來(lái)源與空氣質(zhì)量為“良”時(shí)基本一致，但是“輕度污染”時(shí)，相關(guān)性更高一些。當(dāng)空氣質(zhì)量為“中度污染”時(shí)，BC 濃度只與PM2.5 和NO2呈正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.361 和0.323，表明BC主要來(lái)源于汽車的尾氣排放，且與PM2.5 有部分共同源。

當(dāng)空氣質(zhì)量為“重度及以上污染”時(shí)，BC 濃度與PM10，PM2.5，SO2，NO2和CO 濃度相關(guān)系數(shù)依次為0.211、0.434、0.490、0.513 和0.421，表明BC 除受含碳物質(zhì)不完全燃燒，機(jī)動(dòng)車尾氣排放影響外，可能還受工業(yè)燃煤等的影響。

結(jié)語(yǔ)

觀測(cè)期間BC 濃度平均值為1.7 μg/m3，并且通過(guò)對(duì)BC 濃度與PM10，PM2.5，SO2，NO2和CO 濃度相關(guān)性分析以及BC 日變化分析發(fā)現(xiàn)，BC 濃度均與PM2.5、NO2、CO 相關(guān)性較高，表明寶雞市BC 主要來(lái)源于含碳物質(zhì)不完全燃燒，機(jī)動(dòng)車尾氣排放以及工業(yè)燃煤等。BC 濃度日變化呈雙峰雙谷型，BC 濃度均與PM2.5、NO2、CO 相關(guān)性較高，說(shuō)明在早晚高峰期時(shí)，須加強(qiáng)對(duì)冒黑煙車輛，不達(dá)標(biāo)排放非道路移動(dòng)機(jī)械排查管理，減少汽車尾氣污染；并且建議加強(qiáng)對(duì)揚(yáng)塵的管控，多灑水降塵，加大道路保潔的頻次和力度；加強(qiáng)管控露天焚燒行為，嚴(yán)禁焚燒生物質(zhì)、生活垃圾等。