疫情期間北京和青藏高原地區黑碳對人為源減排的不同響應
黑碳對區域和全球氣候變化以及人體健康具有重要影響，人為排放是黑碳（BC）的主要排放源。2020年新冠肺炎疫情期間，世界范圍內人為源減排顯著，已有較多地區發現大氣污染物濃度在疫情期間出現下降趨勢。在中國的多個城市同樣也發現了大氣污染物濃度的下降，包括上海、廣州及武漢等地。在疫情期間人為源大幅減排的背景下，黑碳氣溶膠及其來源是否有變化？我國不同地區黑碳氣溶膠響應是否有差異？
針對以上科學問題，“大氣成分垂直結構及其氣候影響”專題中國科學院大氣物理研究所羊八井全大氣層觀象臺王一楠團隊、北京生態環境監測中心劉保獻團隊聯合“跨境污染物調查與環境安全”專題北京大學鄭玫教授團隊，利用在北京和青藏高原羊八井地區開展為期一年的同期觀測數據（2019年11月至2020年10月），針對疫情減排對北京及青藏高原地區BC的影響進行了研究，并深入分析其響應差異的原因。研究中采用PMF受體模型以及黑碳儀模型探究北京地區BC來源，同時結合往年同期BC以及細顆粒物的化學組成觀測數據，進一步探究了各種來源包括老化BC在疫情期間對北京地區BC的定量貢獻；針對青藏高原羊八井地區，使用了黑碳儀模型探究化石燃料燃燒源及生物質燃燒源對青藏高原地區BC的相對貢獻，同時結合衛星反演、火點圖以及潛在源區分析探究了南亞地區減排對青藏高原地區BC的影響。
研究發現，COVID-19疫情封鎖對BC的影響在北京和青藏高原地區有顯著差異。北京地區在封鎖期間（Lockdown-LD期間）經歷了兩次BC重污染過程（圖1），導致封鎖期BC的平均濃度（2.22±1.66 μg/m3） 比封鎖前期的平均濃度（1.84±1.66 μg/m3）增加了20％。與之相反，青藏高原地區在封鎖期的平均BC濃度（0.23±0.17 μg/m3）相較于封鎖前期（0.81±1.16 μg/m3）下降了70％以上；北京地區黑碳的PMF源解析結果表明（圖2），在封鎖期間的污染過程中，老化BC的相對貢獻有明顯增加（30%），而機動車源的貢獻由60%左右下降至47%；潛在源區結果分析表明，封鎖前期（Pre-LD）污染過程中BC潛在源區集中在北京本地，而封鎖期間的污染過程則更多受到西南方向的影響。青藏高原羊八井地區黑碳源解析結果表明（圖3），盡管BC濃度在封鎖期間顯著下降，這與往年的上升趨勢顯著不同，但同時生物質燃燒源的相對貢獻是顯著增加的，說明在疫情封鎖期間與往年相似，仍然受到南亞跨境傳輸的影響。在COVID-19的影響下，南亞的BC地表濃度和火點數量在封鎖期間均有明顯降低。因此，青藏BC在封鎖期間的異常下降表明了我國高原地區對南亞人為源減排的響應敏感。
該項研究成果揭示了我國超大城市及青藏高原背景站點黑碳對疫情期間人為源減排的敏感性差異，相關工作近期發表于《Geophysical Research Letters》。北京大學環境科學與工程學院劉悅博士為第一作者，中國科學院大氣物理研究所王一楠及北京環境生態中心劉保獻為共同通訊作者。該研究獲得了第二次青藏科考（2019QZKK0605, 2019QZKK0604）等項目的資助。
【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
圖1.（a）北京及青藏地區在觀測期間（2019年11月至2020年10月）的BC濃度時間變化序列；（b）封鎖前期、封鎖期間以及恢復期的北京和青藏地區BC的平均濃度（單位：μg/m3）；（c）北京封鎖前期和封鎖期三次污染過程（EP1-EP3）以及兩次清潔過程（CD）中BC濃度時間變化序列；（d）本研究與以往青藏高原地區研究中BC平均濃度月變化趨勢的比對。
圖2. 基于PMF模型對北京地區BC的不同時期內的源解析結果：（a）從2019年11月至2020年3月，（b）封鎖前期的EP1，（c）封鎖期間的EP2，（d）封鎖期間的EP3。 不同時期內污染過程中BC的潛在污染源區：（e）封鎖前期的EP1（以本地排放為主），（f）封鎖期間的EP3（更多受西南方向的傳輸影響）。
圖3.（a）BC濃度，（b）基于黑碳儀模型的化石燃料燃燒相對貢獻和（c）羊八井站點的Angstrom指數的月平均值。與往年相比，盡管2020年封鎖期和南亞封鎖期的BC濃度出現異常下降，但兩封鎖時間段內生物質燃燒源的貢獻有所增加。Pre-LD，LD及LD-IN分別是封鎖前期、封鎖期和印度封鎖期。