图 1。1 有机碳和元素碳在大气中的来源及作用

1。2。1 元素碳（EC）

元素碳（Elemental Carbon, EC）具有石墨状结构，这种结构可以强烈吸收太阳辐射，其 吸收效率高达 0。4~0。9W/m2，约是 CO2 温室效应的 1/4~1/2，因此被人为继 CO2 之后推动全球 气候变暖的另一代表性物质。大气中的 EC 导致全球气温上升 0。8℃[5]。EC 能够直接来自燃烧 源排放并且化学性质稳定，这些特点使其成为了主要人为污染物的良好指标物。

元素碳的来源有很多，大体分为自然源与人为源两种。自然源包括森林大火、火山爆发 等，具有偶然性且发生区域不定；反之人为源则时间更加持久、污染范围更大。城市 EC 的 主要人为来源主要是汽车尾气，元素碳易于形成于含碳燃料的不完全燃烧反应，这其中既包

括化石燃烧也包括生物燃烧。

1。2。2 有机碳（OC）

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有机碳（Organic Carbon, OC）是一种含氧的碳氢化合物，是碳质气溶胶的另外一种成分。 大气中的有机碳有两种，分别为一次有机碳（Primary Organic Carbon, POC）和二次有机碳

（Secondary Organic Carbon, SOC）。人为产生的一次有机碳主要是由燃烧源释放直接排入到 空气当中的，二次有机碳则是由工厂等燃烧产生气态可挥发性有机物（Volatile Organic

Compounds，VOCs）被大气中的 OH-、O3、NOx 等氧化产生。Zhang Q 等 在 2009 年模拟了

- [6]

中国碳质气溶胶中有机碳的排放模型，并且得出了华北平原 OC 释放量远高于中国其他地区 的结论。模型如图 1。2 所示。

图 1。2 中国有机碳排放点源示意图

1。2。3 OC 和 EC 对环境、气候和人类健康的影响

EC 和 OC 在大气中的存留时间约为一周，属于短期气候驱动分子，能够导致全球气候变

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暖。中国地区 EC 排放的危害还包括加剧大气棕色云污染、减弱亚洲季风、以及融化喜马拉 雅山冰雪等[7]。有机碳主要对太阳光起到散射作用，元素碳主要对太阳光起吸收作用，二者 的光学特性都能降低大气的能见度。碳质气溶胶的颗粒粒径小，易于夹带多环芳烃等有毒物 质进入人类机体的呼吸系统，对公众健康产生威胁，甚至致癌、致畸。

1。3 中国典型城市碳质气溶胶研究概况

碳质气溶胶是大气气溶胶的一个重要组成部分，能够导致严重的空气污染，而且其在大 气中的存活时间仅为一周左右，快速的更新速度意味着控制碳质气溶胶的排放比仅仅控制 CO2（大气存活时间约为 100 年）的排放有着更加明显的效果。这一特征也吸引了中国高校 研究人员的注意力，华东主要城市——北京、上海、天津以及厦门——地区的碳质气溶胶特 征都曾被科研人员分析。一般来说，碳质气溶胶浓度会随不同月份变化，在秋冬季节往往会 出现年浓度峰值，这种现象的出现与冬季燃煤供暖排放量增加有密切关系。与此同时城市的 EC、OC 浓度普遍高于农村地区。综合看来，华东主要城市碳质气溶胶浓度按大小排序如下 所示：天津>北京>上海>厦门。论文网

1。3。1 北京碳质气溶胶特征

Duan F 等[8]曾在 2002 年 9 月 8 日到 11 月 30 日之 间监测北京近郊的碳质气溶胶与 PM10 的浓度变化情况。观测得到日平均 OC、EC 分别为 21。2 μg/m3 和 7。3 μg/m3 且每天的早晨和傍 晚时段 EC 和 OC 会出现两个高峰，这两个高峰被印证与当地气候状况和人类活动有关。碳 质气溶胶浓度会随月份有明显变动，最高值在 11 月份出现。OC 浓度和 EC 浓度之间相关度 高（R2=0。8）证明两者的来源大部分相同。OC/EC 比值频率呈现高斯正态分布下降趋势频率， 其最高至出现在 2。8~5 之间。冬季，OC/EC 比值频率为双峰值，较小峰值出现在 1。4~1。6，该 峰值的出现意味着碳质气溶胶的主要来源是煤炭燃烧；较大峰值出现在 2。8~5 范围内，意味 着冬季内有 SOC 形成。就最小 OC/EC 估算比值（1。5）表明 SOC 占总有机碳的 50%以上。