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ACP: 利用分子标志物揭示南亚大气气溶胶中生物质燃烧的影响
2017-07-26

  生物质燃烧是大气碳质气溶胶和温室气体等的最主要来源之一,能够显著影响区域乃至全球尺度的大气化学组成。青藏高原毗邻的南亚、东南亚和中亚等地区是北半球生物质燃烧最强烈的区域之一。生物质燃烧不仅对当地气候、环境和人体健康产生干扰,还可以通过大气环流对青藏高原冰冻圈产生深刻影响。由于缺乏系统的观测,南亚生物质燃烧的基本特征和来源尚不明确。

  2017年7月21日,Atmospheric Chemistry and Physics 发表了中国科学院青藏高原研究所、西北生态环境资源研究院(筹)以及国际山地发展研究中心等合作研究成果 “Organic molecular tracers in the atmospheric aerosols from Lumbini, Nepal, in the northern Indo-Gangetic Plain: influence of biomass burning”, 对印度河-恒河平原代表性区域的尼泊尔蓝毗尼大气总悬浮颗粒物(TSP)进行了有机分子标志物的全面分析,明确了有机碳(OC)、元素碳(EC)、左旋葡聚糖(levoglucosan)、半乳聚糖(galactosan)、甘露聚糖(mannosan)、对羟基苯甲酸(p-hydroxybenzoic acid,)、香草酸(vanillic acid)、丁香酸(syringic acid)和脱氢松香酸(dehydroabietic acid)的浓度水平、季节变化,估算了生物质燃烧对有机碳的贡献,判断了其可能的来源。

  研究发现,蓝毗尼地区的有机碳、元素碳、左旋葡聚糖、半乳聚糖、甘露聚糖、对羟基苯甲酸、香草酸、丁香酸和脱氢松香酸均在秋季(post-monsoon)呈现出高值,而夏季(monsoon)最低(图1)。该地区的左旋葡聚糖含量与南亚受生物质燃烧影响严重地区的浓度水平相当,说明生物质燃烧对蓝毗尼地区的大气环境产生了重要影响。蓝毗尼大气气溶胶中的有机碳、元素碳和左旋葡聚糖具有显著的相关关系,说明生物质燃烧是该地区高浓度碳质组分的主要来源。左旋葡聚糖/甘露聚糖(lev/man)和香草酸/丁香酸(van/syr)的比值结果表明该地区生物质燃烧的种类主要是农作物残余和硬木的燃烧。通过估算得到,秋季生物质燃烧来源对OC的贡献达到41.0% ± 31.1 %, 在11月甚至达到58.7% ± 21.7%(图2)。结合MODIS火点分布情况(FIRMS)和HYSPLIT反向气团轨迹,蓝毗尼地区春季(pre-monsoon)生物质燃烧的来源主要是当地的小麦秸秆燃烧,秋季(尤其是11月)主要受印度西北部和巴基斯坦东部(旁遮普省)水稻秸秆大面积燃烧的长距离传输影响(图3)。而在冬季,当地大量的用于家庭做饭和取暖的生物质燃料燃烧以及静稳的天气情况不利于污染物的扩散,共同导致了蓝毗尼地区严重的大气污染。

  这一成果对于研究南亚地区大气污染及其对居民健康影响具有重要意义,消除南亚地区的空气污染不仅是局地也是不同地区和国家的共同责任。所得认识有助于合理制定相关治理政策(改变农业方式,转换清洁燃料或推广先进的炉灶等), 同时也为研究南亚大气污染物向青藏高原传输提供了重要源区特征数据。

  研究论文的第一作者为万欣博士生,通讯作者为丛志远和康世昌研究员,野外工作得到SusKat项目和蓝毗尼国际研究所的大力支持,获得了国家自然科学基金(41522103, 41421061)、冰冻圈科学国家重点实验室基金(SKLCS-ZZ-2015)和日本学术振兴会项目(24221001)的资助。

  论文链接:https://www.atmos-chem-phys.net/17/8867/2017/

图1 蓝毗尼地区大气气溶胶总悬浮颗粒物、有机碳、元素碳和有机分子标志物的浓度水平

图2 蓝毗尼地区生物质燃烧来源对有机碳的贡献(2013年3月-2014年4月)

图3. 2013年11月MODIS卫星观测到的南亚上空的烟羽和火点(蓝框代表蓝毗尼)

 
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