中国东部地区2000-2016年黑碳气溶胶的时空分布特征研究

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中国是主要的黑碳(BC)排放源区之一,其中东部区域是中国BC的高排放区。本文基于地面观测和再分析资料分析了中国东部地区(110°E~123°E,23°N~42°N)BC的时空分布特征。首先基于中国大气成分观测站网(China Aerosol Watching Net,CAWNET)2006~2016年观测数据和2015年飞机观测数据对中国东部典型站点的BC变化特征进行了分析;然后利用地面观测资料对MERRA-2(Modern-era Retrospective Analysis for Research and Applications,Vision2)BC资料进行了验证;最后通过2000~2016年的MERRA-2资料研究了中国东部区域BC的时空分布、变化趋势以及影响因子等。研究结果表明:(1)在2000~2016年,郑州、临安和桂林站点的平均BC质量浓度分别为7.53μg.m-3、3.84μg·m-3和3.40μg·m-3。各站点的BC浓度在7、8月份较低,月变化趋势基本为“U”型。季节浓度呈现为冬季高、夏季低的特征。三个城市的BC浓度在2012-2016年间均有所下降,均值分别较2006~2011年下降2.01μg·m-3(郑州)、1.32μg·m-3(临安)和1.00μg·m-3(桂林)。(2)基于飞机观测发现,北京、济南和武汉的BC主要积聚在约1000m高度层以下。从近地面(约70m)往上,BC质量浓度和数浓度总体呈“增加-快速降低-缓慢下降”的变化趋势。各城市BC从地面向上输送的过程中逐渐老化,Dp/Dc(相对包裹层厚度)的数值随高度呈先增大后减小的变化趋势。(3)验证结果指出,MERRA-2 BC地面质量浓度在研究区域南部略有高估,在北部略偏低。尽管如此,MERRA-2 BC月均地面浓度与地面观测月均数据之间呈较强的相关性(R=0.83)和较小的平均偏差(0.21μg·m-3)。说明MERRA-2 BC再分析资料在研究区域有较好的适用性。(4)分析2000~2016年的MERRA-2 BC资料发现,中国东部地区的年平均BC地面质量浓度、柱质量浓度和BC/PM2.5分别为3.41μg·m-3,3.78mg·m-2和8.71%。地面浓度高值中心(~6.00μg·m-3)和高速增长区(~0.06μg·m-3·a-1)均出现在北京-天津-河北(京津冀)和河南地区。而柱浓度在北部呈增长趋势,在南部呈下降趋势。BC季节浓度均呈现冬季最高、夏季最低的特征。京津冀-河南区域始终是地面浓度高值中心,但柱浓度高值中心的位置会随夏季-冬季-次年夏季的变换而向南-向北移动。BC浓度从2000年开始迅速增长,在2007年达到峰值后下降,在34°N以南的地区下降尤其显著。垂直方向上,BC浓度随高度的上升而减小;在2.00km以下,冬季BC浓度最大,夏季浓度最小;在2.00km以上,秋冬季BC浓度随着高度的升高迅速降低,春季浓度最高。
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