城市黑碳影響因素研究綜述

李玉，劉千金

城市黑碳影響因素研究綜述

李玉，劉千金

（長(zhǎng)安大學(xué)汽車學(xué)院，陜西 西安 710064）

黑碳對(duì)氣候、環(huán)境和公眾健康都會(huì)造成不良影響，了解黑碳的影響因素有助于采取合理有效的減排措施，減少黑碳的不良影響。本綜述對(duì)國(guó)內(nèi)關(guān)于黑碳的日變化特征和影響因素的研究進(jìn)行了歸納總結(jié)，發(fā)現(xiàn)研究所觀測(cè)到的黑碳日變化特征多呈明顯的“雙峰”結(jié)構(gòu)，交通因素和氣象因素會(huì)對(duì)黑碳濃度造成影響。本綜述可為從交通方面制定黑碳減排策略提供一定的依據(jù)和參考。

黑碳；交通因素；氣象因素；減排

引言

黑碳（Blackcarbon，BC）是細(xì)顆粒物的重要吸光成分之一，主要來(lái)源于直接排放的碳燃料（化石燃料，生物質(zhì)和農(nóng)業(yè)廢棄物以及森林火災(zāi)）的不完全燃燒[1]。由于其直接輻射強(qiáng)迫和云效應(yīng)，被認(rèn)為是僅次于二氧化碳的第二大促成當(dāng)前全球變暖的因素[2]。此外，BC會(huì)導(dǎo)致灰霾的形成，惡化空氣質(zhì)量[3]。暴露評(píng)估研究也表明，BC暴露會(huì)對(duì)心肺功能產(chǎn)生不良影響，增加哮喘和癌癥的風(fēng)險(xiǎn)[4-5]。基于BC帶來(lái)的不良?xì)夂蛴绊?、環(huán)境影響和健康影響，非常有必要對(duì)BC進(jìn)行研究。本文總結(jié)了國(guó)內(nèi)多個(gè)城市關(guān)于BC日變化特征和影響因素的研究，可為采取合理有效的減排措施策略提供參考。

1 黑碳日變化特征

國(guó)內(nèi)的市區(qū)BC研究所觀測(cè)到的BC日變化特征多呈明顯的“雙峰”結(jié)構(gòu)。劉芮伶等[6]在重慶觀測(cè)到BC日變化特征總體呈“兩峰一谷”的變化趨勢(shì)，同本地早晚車流量高峰時(shí)間段一致，指征重慶本地BC濃度主要與機(jī)動(dòng)車排放有關(guān)。高樅亭等[7]在長(zhǎng)春觀測(cè)到BC濃度的日峰值分別在8:00～9:00和17:00～20：00，可能與上下班高峰時(shí)期的交通排放有密切的關(guān)系。蔣磊等[8]在南京觀測(cè)到不同污染程度下，BC質(zhì)量濃度日變化規(guī)律表現(xiàn)出差異，污染較重時(shí)呈現(xiàn)夜間高白天低的晝夜交替變化趨勢(shì)；污染較輕時(shí)呈現(xiàn)出典型的早晚“雙峰型”特征，說(shuō)明在污染較重時(shí)BC主要受本地累積和區(qū)域傳輸?shù)墓餐绊?，而污染較輕時(shí)則以本地源為主。陳程等[9]在連云港觀測(cè)到日變化呈明顯雙峰型，峰值出現(xiàn)在8:00和21:00左右，化石燃料燃燒生成的BC日變化趨勢(shì)呈明顯的雙峰結(jié)構(gòu)，峰值出現(xiàn)在上下班高峰和人為活動(dòng)頻繁時(shí)段；生物質(zhì)燃燒生成的BC呈現(xiàn)早晨高、中午低的狀態(tài)，其他時(shí)間差異不大。

2 黑碳影響因素

2.1 交通因素

機(jī)動(dòng)車道路BC排放濃度與車流量變化密切相關(guān)。其中，道路運(yùn)輸高峰期階段BC質(zhì)量濃度是非高峰期的2倍以上[10]。上下班高峰時(shí)，由于道路上行駛車輛增多，車流量增加，時(shí)常出現(xiàn)擁堵情況，車輛低速行駛?cè)紵煌耆瑥亩鴮?dǎo)致BC質(zhì)量濃度增加。吳創(chuàng)等人[10]發(fā)現(xiàn)綠燈時(shí)道路中BC質(zhì)量濃度明顯高于紅燈時(shí)的濃度，即加速工況下的BC排放高于減速工況下的排放?？梢?jiàn)，合理規(guī)劃交通運(yùn)行環(huán)境和適當(dāng)限制機(jī)動(dòng)車使用頻率能有效緩解城市空氣污染。

2.2 氣象因素

研究表明，氣象因素對(duì)BC濃度有一定影響。盛濤[11]在上海的研究發(fā)現(xiàn)，與靜風(fēng)條件相比，非靜風(fēng)條件下BC濃度均值下降21.30%。井安康等[12]發(fā)現(xiàn)BC濃度受風(fēng)速影響顯著，隨著風(fēng)速的增加，風(fēng)的稀釋擴(kuò)散作用增加，BC的濃度會(huì)逐漸降低，但同時(shí)也觀測(cè)到在較高風(fēng)速時(shí)，出現(xiàn)了隨風(fēng)速增加濃度又增加的情況，可能是因?yàn)轱L(fēng)向上游BC高污染地區(qū)的長(zhǎng)距離輸送。趙玉成等[13]0在西寧觀測(cè)到當(dāng)風(fēng)速≤1m/s時(shí)，BC濃度較高且變化不大；當(dāng)風(fēng)速>1m/s時(shí)，BC濃度隨風(fēng)速的增大減小較快；當(dāng)風(fēng)速>2m/s時(shí)，BC濃度的變化較小。李帥等[14]在烏魯木齊發(fā)現(xiàn)風(fēng)速大于1m/s時(shí)，BC質(zhì)量濃度開(kāi)始下降，下降幅度接近50%，當(dāng)風(fēng)速超過(guò)2m/s時(shí)，風(fēng)速與BC質(zhì)量濃度之間沒(méi)有明顯相關(guān)性。此外，降水時(shí)BC平均濃度較非降水時(shí)下降5.44%，在相對(duì)濕度最低時(shí)BC濃度較低[11]。當(dāng)RH在50%~60%之間時(shí)，BC平均濃度最高，當(dāng)RH>60%時(shí)，BC濃度的總體呈下降趨勢(shì)（井安康等，2019）。趙錦慧等[15]發(fā)現(xiàn)BC質(zhì)量濃度與溫度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，當(dāng)溫度較高時(shí)，空氣對(duì)流運(yùn)動(dòng)明顯，降水較多，對(duì)BC氣溶膠的濕沉降作用較大，導(dǎo)致空氣中的BC含量減小。同時(shí)他得到了垂直方向上，低層和高層BC濃度主要受風(fēng)速影響，而中層BC濃度則主要受溫度影響的結(jié)論。

3 結(jié)論

綜上所述，國(guó)內(nèi)的市區(qū)BC研究所觀測(cè)到的BC日變化特征多呈明顯的“雙峰”結(jié)構(gòu)，與早晚高峰機(jī)動(dòng)車排放一致。交通因素和氣象因素對(duì)BC濃度有一定影響，BC濃度與風(fēng)速呈正相關(guān)關(guān)系、與溫度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，與相對(duì)濕度沒(méi)有明顯的關(guān)系。在今后的研究中，可對(duì)BC的影響因素進(jìn)行更深入的研究分析，從而采取合理有效的減排策略，減少BC帶來(lái)的不良環(huán)境影響和健康影響。

[1] Bibi S,Alam K,Chishtie F,et al.Temporal variation of Black Carbon concentration using Aethalometer observations and its relationships with meteorological variables in Karachi, Pakistan[J]. Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics,2017, 157-158: 67-77.

[2] Dumka U C,Manchanda R K,Sinha P R,et al.Temporal variability and radiative impact of black carbon aerosol over tropical urban station Hyderabad[J]. Journal of Atmospheric and Solar- terrestrial Physics, 2013, 105:81-90.

[3] Chameides W L, Bergin M. Climate change. Soot takes center stage[J]. Science, 2002, 297(5590):2214-2215.

[4] Suglia S F, Gryparis A, Wright S R. Association between Traffic-Related Black Carbon Exposure and Lung Function among Urban Women[J]. Environ Health Perspect, 2008, 116(10):1333-1337.

[5] Debra T. Silverman, Claudine M. Samanic, Jay H. Lubin, Aaron E.Blair,et al. The Diesel Exhaust in Miners Study: A Nested Case-Control Study of Lung Cancer and Diesel Exhaust[J]. Journal of the National Cancer Institute 104(11):855-68.

[6] 劉芮伶,翟崇治,李禮,等.重慶市城區(qū)黑碳?xì)馊苣z濃度特征[C]// 2016中國(guó)環(huán)境科學(xué)學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)年會(huì)論文集(第三卷).2016.

[7] 高樅亭,張仁健,蘇麗欣.長(zhǎng)春秋冬季大氣黑碳?xì)馊苣z的特征分析[J].高原氣象,2009(04):95-99.

[8] 蔣磊,湯莉莉,潘良寶,等.南京冬季重污染過(guò)程中黑碳?xì)馊苣z的混合態(tài)及粒徑分布[J].環(huán)境科學(xué),2017,38(1):13-21.

[9] 陳程,花艷,王瑜,等.連云港黑碳?xì)馊苣z污染特征研究[J].環(huán)境監(jiān)控與預(yù)警,2005,10(2):45-48.

[10] 吳創(chuàng),譚志海,韓通,等.西安市春季典型交通道路黑碳?xì)馊苣z的排放特征[J].西安工程大學(xué)學(xué)報(bào),2020(1):42-46.

[11] 盛濤.上海市路邊環(huán)境空氣黑碳?xì)馊苣z污染特征及影響因素研究[J].中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè),2020,36(002):116-125.

[12] 井安康,朱彬,丁德平,等.中國(guó)長(zhǎng)江三角洲地區(qū)黑碳特征和來(lái)源分析[J].中國(guó)環(huán)境科學(xué),2019(9):3585-3594.

[13] 趙玉成,德力格爾,蔡永祥,等.西寧地區(qū)大氣中黑碳?xì)馊苣z濃度的觀測(cè)研究[J].冰川凍土,2008,30(5):789-794.

[14] 李帥,郭志忠,胡列群,等.烏魯木齊冬季大氣中黑碳?xì)馊苣z污染特征[J].干旱區(qū)研究,2012,29(4):727-734.

[15] 趙錦慧,何超,李小莉,等.武漢市黑碳?xì)馊苣z質(zhì)量濃度空間分布的主導(dǎo)因素分析[J].生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào),2018,27(006):1089-1098.

The Reviewon Impact Factorsof Black Carbonin Urban Area

Li Yu, Liu Qianjin

( School of Automobile, Chang’an University, Shaanxi Xi’an 710064 )

Black carbon has adverse effects on climate, environment and public health. Understanding the influencing factors of black carbon is helpful to take reasonable and effective emission reduction measures to reduce the adverse effects of black carbon.This review summarizes the domestic research on the diurnal variation characteristics and influencing factors of black carbon,and finds that the observed diurnal variation characteristics of black carbon are mostly "bimodal" structure.Traffic and meteorological factors will affect the concentration of black carbon.This review can provide some basis and reference for making black carbon emission reduction strategy from traffic aspect.

Blackcarbon;Trafficfactor;Meteorologicalfactor;Emissionreduction

10.16638/j.cnki.1671-7988.2021.06.060

G353.11

A

1671-7988(2021)06-191-02

G353.11

A

1671-7988(2021)06-191-02

李玉，長(zhǎng)安大學(xué)汽車學(xué)院，主要研究方向：交通環(huán)境。