不同碳质气溶胶在线监测技术的实测比较研究

2009 年 10 月 31 日?11 月8 日, 用国际上应用较多的4 种气溶胶在线监测仪同步监测了深圳大气细粒子中元素碳( EC) 和有机物( OM) 的浓度。比对结果显示: 黑碳仪与单颗粒黑碳光度计测定 EC 有很高的相关度, R²=0. 97, 斜率为 1.00; 在线 EC/ OC 分析仪的EC 监测结果与前两者的相关度 R²均大于0. 95, 但是其浓度水平总体偏低 30%～40%; 在线 EC/ OC 分析仪测定的OC 与气溶胶质谱仪测得的 OM 也 比较吻合, 相关度 R²=0.83, 但是在OM 高浓度时在线 EC/ OC 分析仪的测量结果相对偏低。对造成不同在线仪器观测数据差异的因素进行了初步探讨, 为研究者掌握这些在线仪器获得的高时间分辨率观测数据的准确性和差异性提供支撑信息。     

新乡市大气细颗粒物中碳质气溶胶的污染水平、季节特征及来源追踪

为了探究典型“2+26”传输通道城市之一的新乡市PM_2.5中碳质气溶胶的污染水平、季节分布及来源特征,于2019年7月至2020年4月在河南师范大学采集PM_2.5样品,采用热/光碳分析仪测定了8种碳组分质量浓度.结果显示,新乡市PM_2.5年均质量浓度为(66.25±35.73)μg·m^-3,TCA(Total Carbonaceous Aerosol)/PM_2.5质量浓度比年均为(25.16±6.93)%,说明新乡市碳组分污染较为严重.碳组分具有显著的季节变化特征,冬季OC(Organic Carbon)和EC(Elemental Carbon)的质量浓度分别为(13.50±6.43)μg·m^-3和(5.67±2.32)μg·m^-3,明显高于其他季节,说明冬季污染较为严重.SOC(Secondary Organic Carbon)/OC质量浓度比值夏季最高(49.37±17.73)%,冬季最低(39.06±15.83)%.OC和EC的...     

天津武清冬季PM2.5含碳组分的逐时观测及分析

为了解京津冀地区冬季气溶胶含碳组分浓度及变化特征, 2011年12月至2012年1月在天津市武清区针对PM_2.5中元素碳(EC)、有机碳(OC)、水溶性有机碳(WSOC)及水溶性离子组分进行实时半在线的逐时浓度综合观测。观测期间EC和OC的平均浓度分别为6.0±4.8和21.5±19.2 μg C/m³, 分别占PM_2.5观测组分总浓度平均值的8%和30%。WSOC平均浓度为14.3±11.8 μg C/m³, 占平均OC浓度的67%。观测期间, 污染物浓度的大幅变化主要受气象条件控制, OC, EC和WSOC日变化特征相对不显著。观测期间大部分时间OC/EC比值稳定, OC/EC平均值为3.9。通过含碳组分与其他示踪组分的相关性分析, 初步判定武清冬季的气溶胶含碳组分主要来自生物质燃烧的一次性排放, 且影响当地的气团经过明显老化过程。约一半的OC来自一次生物质燃烧排放, 另一半来自二次生成。     

万州城区PM2.5中有机碳与元素碳污染特征

为了解重庆万州区PM2.5中碳质气溶胶的污染特征，于2012—2013年分4个季节采集了 PM2.5样品，并分析了其中有机碳（OC）和元素碳（EC）的浓度。结果显示，在采样期间，万州区 PM2.5中 OC 和 EC 的年平均质量浓度分别为 29.72 μg·m-3和 8.42μg·m-3，OC和 EC浓度之和占到 PM2.5中 27.25%。OC浓度的季节变化趋势由高到低分别为冬季、秋季、春季和夏季，EC在冬季浓度最高，其他季节浓度变化不大。OC和 EC在 4个季节都有较好的相关性（r为 0.67~0.84），其中，冬季相关性最高（r=0.84），秋季相关性(r=0.67)最差，这与污染物来源复杂有关。应用 OC/EC比值法对二次有机碳（SOC）进行估算，SOC年平均浓度为 13.79 μg·m-3，占 OC含量的 46.72%，冬季 SOC的浓度远高于其他季节，冬季较高的 OC排放及较低的大气扩散能力利于碳气溶胶中 SOC 的生成。
     

兰州远郊区春季碳气溶胶的质量浓度特征

 为探讨春季沙尘(暴)期间兰州大学半干旱气候与环境观测站(SACOL)碳气溶胶的变化特征, 2012 年5 月17-26 日于SACOL 站采用石英膜收集PM₁₀样品, 利用DRI-2001A 热/光碳分析仪测量元素碳(EC)和有机碳(OC)的质量浓度。结果显示, 沙尘(暴)是导致OC、EC 质量浓度增大的主要因素。采样期间EC、OC 和总碳(TC)的平均质量浓度分别为2.71、11.26 和13.97 μg/m³。进一步分析显示, 沙尘(暴)期间兰州城区碳气溶胶污染逐渐加重主要受本地源的影响。PM₁₀中OC 和EC 的相关系数达到0.94, 揭示SACOL 站OC、EC 的来源相对一致。OC/EC 的均值为5.05, 表明春季SACOL 站PM₁₀中碳气溶胶存在二次污染。二次有机碳(SOC)的质量浓度为3.37 μg/m³, 为OC 的29.9%。结合考察周边环境, 分析表明SACOL 站春季碳气溶胶的主要来源是直接污染源, 来自周边环境中的燃煤以及机动车尾气排放。对碳气溶胶8 种组分的因子分析结果也表明, 周边环境的燃煤和机动车尾气排放是春季SACOL 站碳气溶胶的主要贡献源。     

青钱柳幼林地上部分生物量生长模型研究

【目的】青钱柳是我国特有的珍稀多用途树种,研究青钱柳幼树地上部分生物量生长规律,为发展叶用林提供依据。【方法】以6年生的青钱柳人工幼林为研究对象,对其生长特性及生物量的分配进行了研究,同时选取了37株样木进行地上部分生物量及相关测树因子的分析评价,从19个生物量模型中进行筛选,构建了青钱柳人工林各生物量组分及地上部分生物量与相关测树因子的预估方程。【结果】青钱柳幼林地上部分生物量(W)与胸径(D)具有高度相关性,筛选的4个模型均以胸径作为自变量,则:①干生物量模型 W=0.15 D^2.1, R²=0.982;②枝生物量模型 W=0.05 D^1.88, R²=0.864;③叶生物量模型 W=0.07 D^1.55, R²=0.802;④地上部分生物量模型 W=0.28 D^1.95, R²=0.976。【结论】不同密度下6年生青钱柳幼林生长尚未郁闭,受密度效应的影响较低,胸径、树高和单株材积的总生长量之间差异不显著,单株和林分生物量分配模式基本相似,地上部分各器官生物量分配由大到小表现为干(73%)> 枝(16%)> 叶(11%)。     

北京市夏季大气不同粒径气溶胶中 碳质及质量重建研究

对北京市城区2012年夏季大气气溶胶进行PM2.5和PM10石英膜采样,利用热光反射法得到了有机碳(OC,organic carbon)和元素碳(EC,elemental carbon)的含量;应用Stelson方法,结合其质量浓度、元素含量可溶性离子含量对气溶胶质量浓度进行了质量重建与比对.日平均质量浓度结果显示,PM2.5中,OC浓度ρ(OC)为19.4μg·m-3,EC浓度ρ(EC)为3.8μg·m-3.PM10中,ρ(OC)为22.3μg·m-3,ρ(EC)为4.1μg·m-3.OC、EC相关性显著(PM2.5,R2=0.77;PM10,R2=0.91).PM10中有87%的OC和94%的EC集中在PM2.5中.PM2.5和PM10中OC/EC比值分别为5.1和5.7,明显大于2,说明存在二次有机碳.PM2.5和PM10重建值和称质量值相关性R2分别为0.95和0.94,重建值和称质量值比值分别为93%和97%.     

焦作市PM2.5污染化学组分特征及潜在源分析

利用2017年12月至2018年2月焦作市PM_2.5及其化学组分（水溶性离子和碳组分）数据,分析了观测期间焦作市PM_2.5化学组分特征及潜在源。结果显示:1)焦作市PM_2.5主要由NO₃^-、NH₄⁺、SO₄^2-、OC（Organic Carbon,有机碳）和EC（Elemental Carbon,元素碳）组成,观测期间平均浓度分别为30.26μg/m³、17.86μg/m³、16.47μg/m³、17.44μg/m³和4.27μg/m³,在PM_2.5中占比75.1%;2)焦作市冬季污染天NO₂和SO₂的二次转化程度更高且OC和EC的来源更为相似;3)本地源是焦作市冬季PM_2.5污染的主要潜在源,周...     

联合LiDAR和多光谱数据森林地上生物量反演研究

【目的】森林地上生物量的准确估测对于实时掌握全球碳储量变化及应对气候变化有着重要的意义。组合多种遥感数据特征优选,分类建模反演森林地上生物量,是提高森林地上生物量精度的有效方法。【方法】以根河市大兴安岭生态观测站寒温带天然林为研究对象,以机载激光雷达(LiDAR)、Landsat8 OLI两种遥感数据源结合55块地面调查数据,采用偏最小二乘算法优化筛选变量,再以线性多元逐步回归和快速迭代特征选择的最近邻算法(KNN-FIFS)构建模型,在两种数据源的不同组合方式下进行森林地上生物量反演。【结果】①基于线性多元逐步回归模型下的单一LiDAR数据反演精度决定系数(R²)为 0.76,均方根误差(RMSE)为 21.78 t/hm²;单一Landsat8 OLI数据的反演精度R²为 0.24,RMSE为39.27 t/hm²;LiDAR和Landsat8 OLI联合反演精度R² 为 0.84,RMSE为18.16 t/hm²;②基于KNN-FIFS模型下的单一LiDAR数据反演精度R²为 0.74,RMSE为23.83 t/hm²;单一Landsat8 OLI数据的反演精度R²为0.60,RMSE为 29.63 t/hm²;LiDAR和Landsat8 OLI联合反演精度R²为0.80,RMSE为21.15 t/hm²。【结论】①特征优选支持下的3种组合方式中,LiDAR和Landsat8 OLI两种数据的组合在两种模型中反演精度均最高,其中线性多元逐步回归模型的反演精度最高,说明LiDAR和Landsat8 OLI数据组合,激光雷达与光学数据优势特征互补,协同反演可有效提高森林地上生物量的反演精度;②单一数据源反演森林地上生物量精度中,LiDAR数据比Landsat8 OLI数据在两种模型反演精度中均较高,这与LiDAR数据空间分辨高、可获得垂直结构特征参数有关。     

2003年秋冬季西安大气中有机碳和元素碳的理化特征及其来源解析

2003年9月至2004年2月在西安站点开展了大气PM2.5和PM10中碳气溶胶的连续观测,并采集了三类主要污染来源样品(燃煤,机动车尾气和生物质燃烧)进行对比分析,采用IMPROVE-TOR方法准确地测量了样品的有机碳(OC),元素碳(EC)及其中的8个碳组分含量.西安秋季和冬季大气PM2.5中OC的平均含量ρOC分别为(34.1±18.0),(61.9±33.2)μg·m-3,EC的平均含量ρEC为(11.3±6.9),(12.3±5.3)μg·m-3.OC和EC均主要赋存于PM2.5粒级中.秋季OC和EC的相关性好(R2＞0.90),冬季一般(R2=0.66).总碳气溶胶在秋季PM2.5中占(48.8±10.1)%,在冬季也达到了(45.9±7.5)%.所有观测日的ρOC/ρEC比值均大于2.0,秋季PM2.5中ρOC/ρEC平均为3.3,冬季为5.1,这可能主要与直接排放来源有关.由碳气溶胶的8个碳组分数据,采用绝对主分量分析获得了主要排放来源对总碳的贡献份额,即秋季汽油车尾气占73%,柴油车尾气占23%,生物质燃烧占4%,而冬季燃煤占了44%,汽油车尾气占44%,生物质燃烧占9%,柴油车占3%.     

喷油策略及EGR对柴油机排放微粒中碳质组分的影响

采集增压直喷柴油机在不同喷油策略及废气再循环(EGR)率下排放颗粒物,使用IMPROVE(Interagency Monitoring of Protected Visual Environment)协议热光反射法对其碳质组分进行试验研究.结果表明,推迟喷油提前角、降低共轨压力以及增加EGR率均能提高燃空当量比;当量比的上升增加了TC(Total Carbon)的排放,同时降低LowTemp EC (Elemental Carbon)/HighTemp EC比和OC(Organic Carbon)/EC比;OC组分中,挥发性OC1所占质量比例最高;EC组分中,HighTemp EC在低负荷时几乎不存在,而高负荷时相对较多.     

南京北郊冬季典型灰霾天气气象成因及来源分析

2015年1月14~28日南京发生了入冬以来最为严重的持续性霾污染事件。利用地面气象资料、后向轨迹分析和污染物浓度数据,结合加强观测实验所获得的3 h高频次PM2.5中有机碳(OC)和元素碳(EC)的数据,分析了此次霾过程的成因和污染物来源。结果表明高压系统和静稳的均压场是观测期间霾过程形成的天气背景。后向轨迹和气态前体物的分析结果显示第一次霾过程的形成受到山西河北境内高污染气团区域传输的影响。第二次霾过程是一次短时局地污染事件,主要是由于低风速和极低的边界层高度等不利的扩散条件导致污染物在近地层的堆积。OC/EC计算结果(7.66)结合卫星火点资料和轨迹分析进一步说明第三次霾过程受到南方生物质燃烧的影响。高相对湿度有利于二次污染物的生成,因而加剧了第四次霾过程的污染程度。CO、SO_2、NO_2与颗粒物浓度显著相关,OC/EC比值范围2.54~11.61,表明化石燃料和生物质燃烧以及汽车尾气排放是此次观测期间霾形成的主要污染来源。     

重庆三大城区夏季PM_(2.5)中有机碳和元素碳的污染特征

以重庆市渝北区、南岸区和渝中区3个主要城区为研究对象,采集夏季PM2.5样品,应用DRI Model 2001A热/光分析仪,采用IMPROVE-TOR方法测定了PM2.5中有机碳(OC)和元素碳(EC)含量,并对3地的OC、EC污染特征进行了评价,探讨了PM2.5中含碳物质的来源。结果表明,南岸区OC、EC质量浓度分别为(5.8±1.5)、(2.5±0.8)μg·m-3,低于渝北区((8.9±3.2)、(4.2±1.6)μg·m-3))和渝中区((8.8±2.2)、(4.6±1.3)μg·m-3),与PM2.5质量浓度的分布一致,表明渝北区和渝中区的含碳污染物的排放可能较为严重。渝北区、南岸区和渝中区的OC与EC均显著正相关,表明三大城区OC和EC可能分别具有相似的一次污染源。排除降雨天和O3浓度较高的晴天,利用m(OC)/m(EC)比值法对渝北区、南岸区、渝中区二次有机碳(SOC)进行估算,SOC质量浓度分别为(2.0±1.8)、(1.0±0.7)、(2.3±2.0)μg·m-3,占OC比例均低于30%。渝中区SOC对OC的贡献率最高,这可能是因为该地区易于形成城市热岛效应,且热量和辐射效应更加明显,有助于SOC的生成。通过计算PM2.5中8个碳组分丰度,初步判断机动车尾气排放可能是三大城区碳质组分的主要来源。     

气溶胶中有机碳及元素碳分析方法进展

大气气溶胶中的有机碳、元素碳因其独特的环境、气候效应以及对人类健康的影响而成为世界各国环境科学家共同关注的热点。其检测方法有很多,各种检测方法因实验原理不同所以实验结果也相差很大,即使是实验原理完全相同的光热法,两台不同厂家的仪器所测的元素碳结果也相差很大,差别可达 70%～80％。本文介绍了现阶段气溶胶有机碳和元素碳的各种检测方法,将其大体分为光学法和热学法(光热法)两类,分析了各种方法的优缺点并提出自己的观点,最后展望了气溶胶有机碳、元素碳的研究前景。     

Isotopic composition of organic carbon and elemental carbon in PM2.5 in Hangzhou, China

In order to identify the sources of organic carbon (OC) and elemental carbon (EC) in airborne PM2.5 in Hangzhou, OC and EC were oxidized to CO2 offline in two thermal steps, and their carbon isotope compositions were measured by mass spectrometer. Results showed that the average δ13COC values were -52.8‰, -48.1‰, -50.0‰ and -52.5‰ in spring, summer, autumn, and winter, respectively, and the annual average value was -50.9‰ (-85.0‰ to -35.6‰), whereas δ13CEC values were -26.4‰, -26.9‰, -26.7‰ and -25.9‰ in the four seasons, and its annual value was -26.5‰ (-30.5‰ to -23.8‰). Large differences were found between isotope compositions of the two types of carbon. δ13COC values were much smaller than those of δ13CEC, and varied in a large range, and the ratios in both spring and winter were the smallest. δ13CEC varied in a small range, and its mean values in four seasons were nearly the same. This suggests that the carbon isotope compositions of OC and EC in PM2.5 can provide useful information in distinguishing their sources.     

Capacity of soil to protect organic carbon and biochemical characteristics of density fractions in Ziwulin Haplic Greyxems soil

Physical protection is one of the important ways to stabilize organic carbon in soils. In order to understand the role of soils as a carbon sink or source in global climatic change and carbon cycles and properly manage soils as a carbon sink, we ought to know how many organic carbon (OC) in a given soil could be protected. By a density fractionation approach and ultrasonic technique, each soils ample was divided into three fractions: free light fraction (free-LF), occluded fraction (occluded-LF) and heavy fraction (HF). The obtained fractions were analyzed for total OC content, carbohydrate content and recalcitrant OC content. The results showed: ( i ) In the whole soil profile, dominance of OC consistently decreased in the following order: HF, free-LF, occluded-LF. This suggested that OC in soils were mostly protected. From 0---10 to 60---80 cm horizons, the OC in free-LF decreased from 25.27% to 3.72%, while OC in HF they were increased from 72.57% to 95.39%. The OC in occluded-LF was between 2.16% and 0.89%. (ii) Organic carbon recalcitrance in free-LF was similar to that in HF, and was even higher than that in HF below the surface horizon. This suggested that free-LF was not always the most fresh and non-decomposed fraction. OM quality of HF was higher than that of free-LF in the surface 10 cm below, namely the protected OM had higher quality than free OM in these horizons.     

基于不同动态负荷的太阳能辅助地源热泵系统供暖特性研究

建立了太阳能辅助地源热泵系统(SAGSHPS)动态仿真模型,基于间歇负荷1(8:00-20:00末端开启)、间歇负荷2(18:00-次日7:00末端开启)和连续负荷(末端全天24h开启)条件,对大连地区SAGSHPS在整个供暖期内的运行过程分别进行逐时动态仿真,分析了3种典型动态负荷下SAGSHPS的运行特性.结果表明:冬季最冷日内不同负荷下,系统供暖运行方式不同.间歇负荷1下系统以地源热泵(GSHP)和太阳能热泵(SHP)交替供暖;间歇负荷2下系统以地源热泵供暖为主,只在入夜初期辅以太阳能热泵供暖;连续负荷下系统白天以太阳能热泵供暖,夜间以地源热泵供暖.整个供暖期内,蒸发器入口温度对热泵机组性能系数的影响高于对系统性能系数的影响;对于太阳能、地热能和电能对热负荷的贡献比例而言,蒸发器入口温度越高,太阳能对热负荷的贡献比例越大,地热能的贡献比例越小,而电能的贡献比例变化不明显.     

富氢气体直接还原铁矿石及其碳沉积行为

焦炉煤气改质后可用于生产直接还原铁, 为炼钢提供优质的原料. 利用热重分析法, 研究了H₂ 与CO 物质的量比(H₂/CO)、温度对铁矿石球团矿还原速率及其碳沉积速率的影响. 实验结果表明: H₂ 的还原能力大于CO, 且随着混合气体中H₂ 含量的增加, 铁矿石球团矿的 还原速率增大; 当H₂/CO 比大于8/2 时, 增加H₂ 含量对还原速率影响减小; 在铁矿石还原 后期出现碳沉积, 且碳沉积速率随着H₂ 含量的增加而减小; 低温易于碳沉积, 但当温度高于 850 °C 时, 碳沉积得到抑制.