青藏科考

疫情期间北京和青藏高原地区黑碳对人为源减排的不同响应

文章来源 :
2021-08-20 18:09

黑碳对区域和全球气候变化以及人体健康具有重要影响,人为排放是黑碳(BC)的主要排放源。2020年新冠肺炎疫情期间,世界范围内人为源减排显著,已有较多地区发现大气污染物浓度在疫情期间出现下降趋势。在中国的多个城市同样也发现了大气污染物浓度的下降,包括上海、广州及武汉等地。在疫情期间人为源大幅减排的背景下,黑碳气溶胶及其来源是否有变化?我国不同地区黑碳气溶胶响应是否有差异?

针对以上科学问题,“大气成分垂直结构及其气候影响”专题中国科学院大气物理研究所羊八井全大气层观象台王一楠团队、北京生态环境监测中心刘保献团队联合“跨境污染物调查与环境安全”专题北京大学郑玫教授团队,利用在北京和青藏高原羊八井地区开展为期一年的同期观测数据(2019年11月至2020年10月),针对疫情减排对北京及青藏高原地区BC的影响进行了研究,并深入分析其响应差异的原因。研究中采用PMF受体模型以及黑碳仪模型探究北京地区BC来源,同时结合往年同期BC以及细颗粒物的化学组成观测数据,进一步探究了各种来源包括老化BC在疫情期间对北京地区BC的定量贡献;针对青藏高原羊八井地区,使用了黑碳仪模型探究化石燃料燃烧源及生物质燃烧源对青藏高原地区BC的相对贡献,同时结合卫星反演、火点图以及潜在源区分析探究了南亚地区减排对青藏高原地区BC的影响。

研究发现,COVID-19疫情封锁对BC的影响在北京和青藏高原地区有显著差异。北京地区在封锁期间(Lockdown-LD期间)经历了两次BC重污染过程(图1),导致封锁期BC的平均浓度(2.22±1.66 μg/m3) 比封锁前期的平均浓度(1.84±1.66 μg/m3)增加了20%。与之相反,青藏高原地区在封锁期的平均BC浓度(0.23±0.17 μg/m3)相较于封锁前期(0.81±1.16 μg/m3)下降了70%以上;北京地区黑碳的PMF源解析结果表明(图2),在封锁期间的污染过程中,老化BC的相对贡献有明显增加(30%),而机动车源的贡献由60%左右下降至47%;潜在源区结果分析表明,封锁前期(Pre-LD)污染过程中BC潜在源区集中在北京本地,而封锁期间的污染过程则更多受到西南方向的影响。青藏高原羊八井地区黑碳源解析结果表明(图3),尽管BC浓度在封锁期间显著下降,这与往年的上升趋势显著不同,但同时生物质燃烧源的相对贡献是显著增加的,说明在疫情封锁期间与往年相似,仍然受到南亚跨境传输的影响。在COVID-19的影响下,南亚的BC地表浓度和火点数量在封锁期间均有明显降低。因此,青藏BC在封锁期间的异常下降表明了我国高原地区对南亚人为源减排的响应敏感。

该项研究成果揭示了我国超大城市及青藏高原背景站点黑碳对疫情期间人为源减排的敏感性差异,相关工作近期发表于《Geophysical Research Letters》。北京大学环境科学与工程学院刘悦博士为第一作者,中国科学院大气物理研究所王一楠及北京环境生态中心刘保献为共同通讯作者。该研究获得了第二次青藏科考(2019QZKK0605, 2019QZKK0604)等项目的资助。

【文章信息】

Yue Liu, Yinan Wang*, Yang Cao, Xi Yang, Tianle Zhang, Mengxiao Luan, Daren Lyu, Tony A. Hansen, Baoxian Liu*, Mei Zheng (2021). Impacts of COVID-19 on black carbon in two representative regions in China: Insights based on online measurement in Beijing and Tibet. Geophysical Research Letters, 48, e2021GL092770. https://doi.org/10.1029/2021GL092770


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图1.(a)北京及青藏地区在观测期间(2019年11月至2020年10月)的BC浓度时间变化序列;(b)封锁前期、封锁期间以及恢复期的北京和青藏地区BC的平均浓度(单位:μg/m3);(c)北京封锁前期和封锁期三次污染过程(EP1-EP3)以及两次清洁过程(CD)中BC浓度时间变化序列;(d)本研究与以往青藏高原地区研究中BC平均浓度月变化趋势的比对。


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图2. 基于PMF模型对北京地区BC的不同时期内的源解析结果:(a)从2019年11月至2020年3月,(b)封锁前期的EP1,(c)封锁期间的EP2,(d)封锁期间的EP3。 不同时期内污染过程中BC的潜在污染源区:(e)封锁前期的EP1(以本地排放为主),(f)封锁期间的EP3(更多受西南方向的传输影响)。


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图3.(a)BC浓度,(b)基于黑碳仪模型的化石燃料燃烧相对贡献和(c)羊八井站点的Angstrom指数的月平均值。与往年相比,尽管2020年封锁期和南亚封锁期的BC浓度出现异常下降,但两封锁时间段内生物质燃烧源的贡献有所增加。Pre-LD,LD及LD-IN分别是封锁前期、封锁期和印度封锁期。