北京的“黑碳”从哪儿来？

本文转自：中国环境报

原子能院专家用核分析技术助力大气污染防治

北京的“黑碳”从哪儿来？

本报记者邓玥

近日，中核集团中国原子能科学研究院核物理所中子活化分析团队，采用核分析技术追踪大气中的黑碳，分析它的主要产生来源，为大气污染治理提供科学参考依据。

黑碳又称大气污染的“黑色幽灵”，是PM2.5和烟尘的主要成分，也是全球气候变暖的主要“元凶”之一。

研究团队成员之一肖才锦告诉记者，他们对北京市房山区新镇街道开展了长达7年大气颗粒物浓度监测，运用单波段和多波段光吸收黑碳仪来测量黑碳气溶胶浓度，结合中子活化分析、质子荧光分析等核分析技术，最终确定了污染来源。

研究结果表明，2013年—2019年，新镇地区黑碳气溶胶浓度呈现秋冬高、春夏低的特征，整体呈逐年下降趋势。在大多数月份中，化石燃料和交通排放是黑碳的主要来源。

爱“吃”太阳光的黑碳

黑碳是由化石燃料和生物质燃料不完全燃烧所产生的、具有强光吸收成分的难熔碳质气溶胶。虽然黑碳在PM2.5中占比较小，但它能强力吸收太阳光线，影响地球和大气系统能量分布及气候，被认为是影响全球变暖的主要因素之一。

此前科研人员发现，黑碳是导致青藏高原冰川消融的重要因素之一。由于黑碳特别爱“吃”太阳光，将太阳光“锁”在了青藏高原雪表，降低了冰雪对阳光的反射能力，导致高原冰川消融增加约20%，并使得积雪期减少3天—4天。

更早之前还有研究表明，黑碳还可冷却地表并加热1公里—2公里高度的大气形成增温层，像个“穹顶”笼罩在城市上空，并将污染排放限制在更低高度，从而加剧城市空气污染。

近年来，不少专家呼吁控制黑碳可望获得更大的环境健康效益。而且，由于黑碳在大气中留存时间短，严格控制可能会起到立竿见影的效果。

这次，原子能院物理研究所进行采样分析和数据研究，就是旨在为治理黑碳提供科学依据。

化石燃料和交通运输是主要来源

那么，怎么“看见”黑碳并对其进行溯源？

“大气颗粒物中含有碳、氧、氮、金属等元素，这些特征元素含量及其同位素丰度，是进行大气污染溯源的重要指标。我们凭借核分析技术，能够高准度分析和采集大气污染源中元素和同位素的‘指纹’，为污染精细化源解析提供技术支撑。”肖才锦说。

他进一步解释，核分析技术是利用中子、光子、离子、正电子与物质的原子或原子核的相互作用，采用核物理实验技术，研究物质成分和结构的技术方法，它是核科学技术的重要领域，包括活化分析、离子束分析、核效应分析等技术方法。在元素、同位

素分析，尤其是在微量、痕量分析领域具有十分重要的地位。

本次研究结果显示，2013年—2019年，采样地区黑碳浓度在2014年达到峰值，之后逐年下降。7年间，黑碳浓度大于20微克/立方米的天数占总样本的4%，浓度大于10微克/立方米的天数占样本总量的14%。并且，黑碳浓度高的当天通常也是雾霾天。

就季节来看，黑碳浓度呈现秋冬高、春夏低的特点，黑碳的平均浓度在冬天是夏天的1.62倍，秋冬季黑碳对PM2.5的贡献相较于春夏季更高。这主要是由于冬季低温、干燥、少风，使得污染物在近地层中扩散并逐渐积聚，冬季的污染源也变得更加复杂，如燃煤供暖、交通和工业等污染排放量较大。此外，研究发现，雨水对黑碳有冲刷作用，非雨季黑碳浓度为雨季浓度的1.22倍。

就黑碳来源看，数据显示，黑碳与NO2、SO2和CO的月变化相似，存在正相关关系。而这些气体和黑碳采用相同的燃烧工艺生产，它表明，运输来源和煤炭排放对黑碳有显著贡献。综合分析结果表明，化石燃料和交通运输是该地区大部分时间内黑碳的主要来源。

肖才锦表示，这项研究源于原子能院参加的国际原子能机构亚太区域合作项目“核分析用于大气污染研究”。此前，项目对北京地区PM2.5/PM10源解析、雾霾形成机制、生物监测器、沙尘暴、人工降雨、森林火灾等进行了研究。近年来，原子能院在大气污染源解析、灰霾成因与控制技术等国家重点研发项目中承担着核分析相关的仪器开发和指纹元素/同位素检测工作，下一步，将持续积极推动核分析技术在环境与大气污染源解析领域的研究和应用。