利用同位素技術研究北京PM1.0來源取得新進展

2021-01-16 大氣化學學者論壇

城市地區有機和黑碳氣溶膠的來源問題一直是全球變化、大氣科學和環境科學的研究焦點。近日,南信大大氣環境中心章炎麟教授、中科院大氣所LAPC傅平青和孫業樂研究員等聯合瑞士和日本等研究機構,通過氣溶膠不同含碳顆粒的微量放射性碳(14C)測定和氣溶膠高分辨質譜等手段揭示了北京PM1.0中含碳氣溶膠的來源和形成過程,在有機氣溶膠來源研究上取得了突破進展


  研究發現,非化石源(如生物質燃燒、植物排放和烹飪等一次和二次排放源)是北京地區亞微米顆粒物(空氣動力學直徑不大於1微米的顆粒物,PM1)中有機氣溶膠的重要來源,貢獻比例在28%和72%之間(平均值是52%);而化石源(如機動車和燃煤)對PM1中黑碳(或元素碳)氣溶膠的貢獻率可以達到67%-96%(平均值為82%)。這些重要的非化石源有機氣溶膠主要來自於生物質燃燒、植物排放和烹飪等過程產生的一次和二次有機氣溶膠。


  經過14C源解析模型、氣溶膠質譜-正交矩陣模型(AMS-PMF)兩者的結合,研究進一步發現冬季和春季非化石源氣溶膠主要來自生物質燃燒和烹飪源排放的一次氣溶膠,而氧化性有機氣溶膠(主要為二次有機氣溶膠)則主要來自化石源。而化石源產生的一次有機氣溶膠中,燃煤(56%-62%)的貢獻要略大於機動車(38%-44%)。


  論文還將北京的研究結果與全球大氣氣溶膠14C源解析結果進行對比,結果表明非化石源對有機氣溶膠的重要性不僅在受人為活動影響較小的郊區、農村以及偏僻地區等背景區域被發現,而且在北半球城市地區也普遍存在。除生物質燃燒和烹飪源等一次排放外,城市非化石源二次有機氣溶膠成因機制研究仍需加強多手段、多目標的外場觀測和實驗機理理論研究,以進一步揭示人為源和非化石源排放汙染物的交互作用機制。


  值得注意的是,近年來放射性碳示蹤技術已經發展為全球最重要的大氣顆粒物源解析技術之一。


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