我國有機碳與元素碳時空變化特征研究

張 潔

（江蘇省環(huán)境科學研究院 江蘇省環(huán)境工程重點實驗室 江蘇南京 210036）

引言

近二十多年來，隨著社會經(jīng)濟的迅速發(fā)展以及城市化的快速推進，各行業(yè)生產(chǎn)規(guī)模不斷擴張，由此帶來能源消費不斷上升、機動車保有量的迅猛增長，造成主要大氣污染物的排放量急劇增加。與此同時，由于大量人口在城市高度聚集，污染物對人體健康產(chǎn)生的影響也日益嚴重，其中PM2.5為危害人體健康首當其沖的污染物。PM2.5的來源包括一次污染源排放與二次生成。有機碳與元素碳為PM2.5中相對復雜的成分，既包括了一次顆粒物的直接排放來源，也包括了揮發(fā)性有機物、半揮發(fā)性有機物以及其他顆粒態(tài)有機物經(jīng)大氣化學反應(yīng)生成的有機物。本文總結(jié)了有機碳與元素碳在中國各城市的污染特征，分析其空間變化趨勢，并嘗試總結(jié)其季節(jié)變化規(guī)律。

1 有機碳與元素碳污染特征與空間變化

有機碳（OC）與元素碳（EC）是大氣含碳氣溶膠的主要組成部分，國外已有較多針對大氣含碳氣溶膠的觀測。隨著對灰霾以及PM2.5研究的不斷深入，國內(nèi)多個城市與地區(qū)也已逐步開展含碳氣溶膠的觀測與研究，結(jié)果普遍顯示中國含碳氣溶膠濃度遠高于其他發(fā)達國家，其對消光系數(shù)的影響超過40%，對灰霾產(chǎn)生有重要貢獻[1]。

受到地理位置、氣候條件、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)與能源消耗結(jié)構(gòu)與污染控制力度等多個因素的影響，國內(nèi)各城市的含碳氣溶膠污染特征存在巨大差異。有研究者在全國范圍內(nèi)選擇了覆蓋北方和南方地區(qū)的14個城市，進行含碳氣溶膠采樣分析和空間分布研究，結(jié)果表明，相比沿海城市，OC與EC濃度在內(nèi)陸城市較高；受到光照與溫度等因素的影響，南方城市的二次有機碳占總碳的比例高于北方城市[2]。由于城郊污染排放差異與區(qū)域傳輸?shù)挠绊?，市區(qū)與郊區(qū)的含碳氣溶膠污染特征也不盡相同。Zhang等在2006-2007年間利用大氣成分觀測網(wǎng)絡(luò)（CAWNET）在全國范圍內(nèi)16個站點進行采樣，結(jié)果顯示，OC在城區(qū)和郊區(qū)的平均濃度分別為30 μg/m3和18 μg/m3，EC在城區(qū)和郊區(qū)的平均濃度分別為8.6 μg/m3和 3.4μg/m3，呈現(xiàn)明顯的城郊差別[3]。已有研究中，關(guān)于長三角地區(qū)的報道多集中于上海與杭州，南京作為長三角地區(qū)石化化工工業(yè)發(fā)達的典型城市，其含碳氣溶膠特征、二次有機氣溶膠生成特征與國內(nèi)其他地區(qū)存在明顯差別。

2 有機碳與元素碳的時間變化規(guī)律

有機碳與元素碳的季節(jié)變化規(guī)律日益成為研究者關(guān)注的焦點。Duan等于2004年的冬季和夏季在廣州市進行有機碳與元素碳觀測，結(jié)果顯示冬季OC濃度普遍高于夏季[4]。Zhang等對全國范圍內(nèi)16個站點含碳氣溶膠觀測研究也得到類似的結(jié)果，OC濃度在冬季最高，夏季最低[3]。研究者同時發(fā)現(xiàn)OC/EC隨季節(jié)存在顯著變化，大多數(shù)研究報道OC/EC在冬季最高，也有少數(shù)研究者發(fā)現(xiàn)OC/EC在夏季或者春季最高。Feng等針對上海市PM2.5觀測顯示冬季的OC/EC為夏季的兩倍[5]。有研究者認為OC/EC的比值高是由于較高的二次有機氣溶膠（SOA）生成水平導致的。廣州市冬季SOC占OC的比例為36-42%，大于夏季的21-32%[4]；Tan等在廣州市冬季含碳氣溶膠進行觀測，發(fā)現(xiàn)灰霾天氣中OC/EC比例顯著大于清潔天，并推測SOA的生成是其重要原因[7]。有研究者認為冬季較高的SOC主要與兩個因素有關(guān)，首先，冬季大氣層結(jié)穩(wěn)定，城區(qū)產(chǎn)生的污染物有較長的停留時間進行光化學反應(yīng)，其次，冬季較低的溫度可能會導致?lián)]發(fā)性的二次有機物凝結(jié)，從而較多的存在于顆粒態(tài)中[2]。

結(jié)語

綜上所述，本文分析了含碳氣溶膠在我國的時空變化規(guī)律，對了解有機碳與元素碳在我國的污染情況與分布特征、準確評價各地區(qū)污染形勢、評估環(huán)境風險提供參考依據(jù)。