胡明玉,秦 凱*,白 楊,王潤峰,周 陽（1.中國礦業(yè)大學(xué)國土環(huán)境與災(zāi)害觀測國家測繪地理信息局重點實驗室,江蘇 徐州 221116；2.中國礦業(yè)大學(xué)環(huán)境與測繪學(xué)院,江蘇 徐州 221116；.河北省第二測繪院,河北 石家莊 05001）

2013年12月石家莊一次霾天氣過程中的黑炭濃度特征

胡明玉1,2,秦 凱1,2*,白 楊1,2,王潤峰3,周 陽3（1.中國礦業(yè)大學(xué)國土環(huán)境與災(zāi)害觀測國家測繪地理信息局重點實驗室,江蘇 徐州 221116；2.中國礦業(yè)大學(xué)環(huán)境與測繪學(xué)院,江蘇 徐州 221116；3.河北省第二測繪院,河北 石家莊 050031）

2013年12月5日～27日石家莊地區(qū)連續(xù)出現(xiàn)霾天氣,大氣日均能見度為0.2～8km,其中大約89.53%的時間大氣能見度不足5km.分析12月10～27日期間的黑炭固定觀測數(shù)據(jù)表明：1）黑炭濃度均值為39.84μg/m3,日變化具有明顯的雙峰結(jié)構(gòu),第1個峰值在上午9：00左右, 第2個峰值在夜晚21：00～24：00；2）黑炭濃度小時均值與大氣能見度小時均值之間呈負相關(guān)關(guān)系,當黑炭濃度大于固定觀測期間的均值時,重度霾發(fā)生的概率為97.78%.此外,通過在車輛上安裝黑炭分析儀和GPS接收機對石家莊市區(qū)主干道進行了多天的移動觀測,結(jié)果表明：黑炭濃度與交通密度和街道特點（道路類型、交通密度）直接相關(guān)； 市區(qū)二環(huán)的黑炭濃度較高,大約是二環(huán)內(nèi)黑炭濃度均值的1.48倍；市中心區(qū)的黑炭濃度相對較低,且呈現(xiàn)明顯的東西-南北向差異性.

霾；石家莊；黑炭氣溶膠；移動觀測

黑炭（BC）氣溶膠是大氣氣溶膠的重要組成部分,主要由含碳物質(zhì)的不完全燃燒造成,例如汽車尾氣、燃煤發(fā)電等［1］.黑炭氣溶膠粒子對人體健康產(chǎn)生極大危害,因其具有很強的吸附性,表面能夠吸附其它污染物（如多環(huán)芳烴類、重金屬等）,這些污染物粒子可以通過呼吸作用進入人體,從而引起呼吸系統(tǒng)疾病、心血管疾病、癌癥等［2-4］.霾天氣下,BC氣溶膠在各種大氣的化學(xué)、光化學(xué)反應(yīng)、異構(gòu)反應(yīng)以及大氣顆粒物的轉(zhuǎn)化過程中起著重要的作用［5-6］.此外,黑炭氣溶膠對太陽輻射有強烈的吸收作用,其濃度變化將改變大氣渾濁度、能見度.因此,黑炭氣溶膠相關(guān)研究引起了國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注［7-14］.多數(shù)研究集中在通過一個或幾個固定站點的長期觀測分析比較 BC濃度變化特征及理化特性［12-14］.例如,Wang等［12］、Aruna等［13］、Huseyin等［14］均對BC氣溶膠進行了長期連續(xù)觀測,發(fā)現(xiàn) BC濃度變化具有明顯的時序特性即,日特征和季節(jié)特征等.然而,僅僅依靠一個或幾個固定站點無法全面獲取城市街道BC濃度的詳細空間分布情況.近年來,一些學(xué)者利用移動平臺對影響城市環(huán)境與居民健康的顆粒污染物進行了實時動態(tài)觀測［15-23］.例如,Peters等［15］對比利時安特衛(wèi)普地區(qū)的空氣質(zhì)量進行移動制圖,發(fā)現(xiàn)不同地點、同一日內(nèi)以及不同日間的超細顆粒物的濃度差異性較大,而PM10濃度的時間差異性要大于空間差異性；在一個移動平臺上整合多種觀測技術(shù)來描述超細顆粒物以及相關(guān)污染物的分布特征,并且應(yīng)用該移動平臺研究洛杉磯地區(qū)超細顆粒物的濃度及其粒徑大小的分布；Gustavo等［22］在2007年冬季觀測了新西蘭亞歷山德拉鎮(zhèn)的PM10、PM2.5、PM1和BC的濃度,并對這些變量進行移動制圖,為復(fù)雜城市環(huán)境觀測中采用移動平臺快速獲取高時間分辨率的空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)提供了重要參考.本文作者所在研究小組開展了徐州市區(qū)主干道路BC濃度移動觀測實驗,取得了較好的效果［23］.

作者在2013年冬季連續(xù)霾天氣期間使用黑炭分析儀在河北省第二測繪院進行了18d的連續(xù)固定觀測,并使用車載黑炭觀測系統(tǒng)對石家莊市區(qū)主干道進行了為期 4d的移動觀測,基于此分析了冬季霾天氣下石家莊市區(qū)BC濃度的時空變化特征.

1　研究方法

1.1研究區(qū)域 石家莊地處河北省中南部,屬環(huán)渤海灣經(jīng)濟區(qū),位于北緯 37°27′～38°47′,東經(jīng)113°30′～115°20′之間,西依太行山脈,東、南、北均為遼闊的華北平原,總面積 15848km2,總?cè)丝?45萬.石家莊屬溫帶大陸性季風氣候,冬季受西伯利亞冷高壓的影響,盛行西北風,氣候寒冷干燥,降水少.此外,石家莊交通發(fā)達,京廣、石太、石德鐵路和京深、石港、石太高速公路交匯于此.截至 2012年底,市區(qū)（二環(huán)內(nèi)）機動車保有量為593745輛（河北省公安交通網(wǎng)：http：//www. hbgajg.com/news/14/49/9836.html）.這些特定的地理、氣候以及交通因素,使石家莊的大氣污染治理面臨嚴峻的挑戰(zhàn).

1.2測試方法 本研究中采用Magee公司生產(chǎn)的AE-42便攜式黑炭儀,該儀器利用黑炭氣溶膠對光的吸收衰減特性,通過連續(xù)測量透過濾膜的光衰減的變化計算出黑炭的濃度,其1min測量精度達到 0.1μg/m3.本實驗為調(diào)查市區(qū)主干道 BC空間特征,開展了移動觀測,為了研究霾天的 BC時間變化,開展了固定觀測.移動觀測選取的市區(qū)主干道包括：二環(huán),以及二環(huán)內(nèi)南北走向的友誼大街、中華大街、建設(shè)大街、建華大街、談固大街,二環(huán)內(nèi)東西走向的和平路、中山路、裕華路、槐安路.于12月5～7日及9日進行了4d的觀測.采用AE-42便攜式黑炭儀和GPS組合成移動車載平臺,AE-42便攜式黑炭儀觀測BC氣溶膠質(zhì)量濃度,時間分辨率為1s.同時,利用手持GPS接收機同步獲取研究區(qū)域的實時位置信息,采樣間隔也調(diào)整為1s.移動觀測中車輛盡量保持勻速行駛以避免因車速不同而造成的風速不同對于觀測結(jié)果的影響.固定觀測中也采用AE-42便攜式黑炭儀,時間分辨率為5min.從12月10～27日在河北省第二測繪院進行了18d的觀測.河北省第二測繪院地處東崗路與談固西街交叉處,該處無電廠、工廠等污染企業(yè), BC的主要貢獻源為交通排放,故該處能夠很好的反應(yīng)由于交通情況而造成的石家莊地區(qū)BC濃度的時間分布特征.此外,還從WeatherSpark網(wǎng)站下載了2013年12月5～27日石家莊市區(qū)的能見度、相對濕度、風速等氣象數(shù)據(jù)（https：//weatherspark.com/）,從石家莊市環(huán)境監(jiān)測中心獲取了PM2.5數(shù)據(jù).根據(jù)2010年6月1日起新頒布的《中華人民共和國氣象標準》［24］（QX/T113-2010）霾觀測的判識條件,并結(jié)合相關(guān)學(xué)者研究結(jié)果,本文中定義：當研究時段1h內(nèi)平均能見度小于10.0km,平均相對濕度小于95%,并排除該時段內(nèi)出現(xiàn)降水、沙塵暴、揚沙、浮塵、煙幕、吹雪、雪暴等天氣現(xiàn)象,則定義該時段為霾時；平均相對濕度小于80%的霾定義為干霾,平均相對濕度 80%～95%的霾則定義為濕霾［25-27］.霾的預(yù)報等級如表1所示.

表1　霾預(yù)報等級Table 1　Haze forecast level

2　結(jié)果與討論

2.1固定觀測

2.1.1霾日統(tǒng)計 本文首先對固定觀測期間霾日發(fā)生情況進行了統(tǒng)計分析,霾日判別采用如下標準：日均能見度小于10km且日均相對濕度小于90%為霾日［25-26,28-30］,統(tǒng)計結(jié)果表明（圖 1）：觀測期間除12月26日未能獲得能見度數(shù)據(jù)外,其余16d均為霾日.其中重度、中度、輕度、輕微霾日分別為10,1,3,2d,分別占固定觀測期總天數(shù)的 58.82%, 5.88%,17.65%,11.76%,據(jù)此,可以看出,石家莊地區(qū)受霾天氣影響十分嚴重,特別是重度霾的影響.

圖1　黑炭固定觀測期間能見度日均值Fig.4　Daily average visibility by fixed observation

圖2　固定觀測BC濃度和風速逐時變化Fig.4　Hourly variation of BC concentration and wind speed by fixed observation

2.1.2黑炭固定觀測 固定觀測期間中共獲取了17d的有效BC數(shù)據(jù),將原始數(shù)據(jù)處理為每小時BC濃度均值.從圖2可以看出：在二院觀測的BC濃度的最高值為120μg/m3； 12月16日、20日、23日、24日和25日這幾天的BC濃度普遍偏高,且在24日夜晚與 25日凌晨之間出現(xiàn)了最高值,出現(xiàn)這一現(xiàn)象的主要原因應(yīng)該是：從 24日下午18：00至次日凌晨4：00連續(xù)11h風速持續(xù)在1m/s,導(dǎo)致污染物在水平方向得不到正常的擴散,BC濃度明顯增高；12月25日晚間21：00至次日凌晨黑炭物質(zhì)濃度驟降,26日全天 BC濃度為觀測期間最低,12月25日晚間21：00風速驟升至6m/s至次日凌晨升至11m/s（強風）且在26日全天風速都相對較高,由此可見,大風等氣象條件對于 BC濃度有顯著的影響；12月11日、12月16日、12月20日、12月23～25日的BC濃度均為觀測期BC濃度高峰值日,屬于重度污染.為進一步研究重度污染日BC濃度在一天內(nèi)的規(guī)律性,由于12月24日和12月25日圣誕節(jié)兩天居民外出活動增多,故本文將其排除,選取12月11日、12月16日、12月20日、12月23日4個重度污染日進一步研究, 其BC濃度逐小時日變化如圖3所示.

圖3　固定觀測重度污染日BC濃度Fig.4　Hourly variation of BC concentration with severe pollution by fixed observation

從圖3中可以看出,BC濃度日變化具有較明顯的雙峰結(jié)構(gòu)特征,即上午 9：00與晚上21：00～24：00分別出現(xiàn)一個峰值.人類活動主要集中在白天,而夜間較少,因此,排放主要集中在從清晨到晚間的時段.受太陽輻射控制的垂直湍流擴散在正午-下午時段最旺盛,而夜間大氣層常處于穩(wěn)定狀態(tài),湍流擴散能力弱.受垂直湍流擴散和人類活動2個控制因素的共同作用結(jié)果,造成在清晨和晚間BC濃度達到峰值；在正午及午后,由于太陽輻射較強、熱對流旺盛,大氣湍流擴散能力增強,BC比較容易隨大氣對流擴散出去,因此出現(xiàn)BC濃度低值；在夜間人類活動相對減弱,排放減少,但是擴散能力也明顯減弱,因此,BC濃度相對穩(wěn)定在較高水平.本研究所觀測到的重度污染日 BC濃度在一天中的走勢與眾多研究者的研究結(jié)果吻合較好［11-12,22,31-33］.張磊等［31］對蘭州遠郊區(qū)黑炭氣溶膠濃度特征進行分析發(fā)現(xiàn),黑炭濃度日變化具有明顯的雙峰結(jié)構(gòu),最大值出現(xiàn)在 09：00,最小值出現(xiàn)在 17：00；WANG等［12］對北京城市黑炭氣溶膠濃度研究發(fā)現(xiàn),在上午 7：00～10：00以及晚上20：00～24：00黑炭濃度較高,在下午 13：00～16：00濃度較低；王揚鋒等［33］對沈陽地區(qū)的黑炭濃度特征進行分析也發(fā)現(xiàn)類似的雙峰特征,最高值一般出現(xiàn)在 7：00～9：00和 18：00～20：00,低值出現(xiàn)在2：00～4：00和13：00～15：00.這些研究說明本文的觀測結(jié)果符合常規(guī)觀測.

圖4　相對濕度、BC濃度、PM2.5與能見度之間的對比Fig.4　Comparison between the RH、BC concentration、PM2.5and visibility

2.1.3黑炭與霾的相關(guān)關(guān)系 在城市地區(qū)氣溶膠的消光系數(shù)貢獻占總消光系數(shù)的 80%以上［34］,其中黑炭氣溶膠對可見光有很強的吸收作用,它對可見光的吸收比其他氣溶膠高出2到3倍,因此,黑炭氣溶膠能夠大大的降低能見度并且影響霾的產(chǎn)生［35-36］.統(tǒng)計結(jié)果顯示：石家莊地區(qū) PM2.5中的BC物質(zhì)濃度比例高達21.02%,遠遠大于嘉興（7.1%）［37］、廣州（8.1%）、深圳（10.5%）及珠海（8.7%）［38］.12月 10～27日期間的能見度逐小時均值如圖4所示.觀測期共408h,能獲取的能見度數(shù)據(jù)為335h,其中333h為霾時,同時輕微、輕度、中度、重度霾對于整個霾時的貢獻為73.27%, 8.4%, 7.5%,10.81%,圖 4結(jié)果顯示,逐小時的能見度與BC濃度、PM2.5濃度以及相對濕度之間均呈現(xiàn)負相關(guān)關(guān)系,BC與PM2.5的變化規(guī)律基本一致,但能見度與BC的負相關(guān)性要高于PM2.5,這表明顆粒物中BC對于能見度的變化具有較大的影響.

統(tǒng)計結(jié)果顯示：當BC濃度大于固定觀測期間的平均值39.84μg/m3時,重度霾發(fā)生的概率為97.78%.運用SPSS軟件對能見度小時均值與黑炭濃度小時均值進行回歸發(fā)現(xiàn),二者之間的相關(guān)系數(shù)高達 0.88,兩者很好的滿足如公式1所示的倒數(shù)關(guān)系：

其中：V能見度為大氣能見度（km）,C黑炭為黑炭質(zhì)量濃度（μg/m3）,R為相關(guān)系數(shù).

圖5　能見度與BC濃度的關(guān)系Fig.4　Relationship between visibility and BC

重度、中度、輕度、輕微霾日能見度的平均值分別是1.02,2.12,4.32,5.14km,其對應(yīng)的黑炭濃度均值分別為54.55,19.21,10.65,10.43μg/m3,即隨著能見度的降低,黑炭濃度迅速升高.為了更加詳細的說明黑炭濃度與發(fā)生霾的等級情況之間的關(guān)系,如表2將黑炭濃度劃分為4個范圍,統(tǒng)計分析各個范圍中不同等級霾發(fā)生的概率.表2顯示,隨著黑炭濃度的增大發(fā)生重度霾現(xiàn)象的概率越來越大,當C黑炭＜10.43μg/m3時主要是輕微或輕度霾,當C黑炭≥54.55μg/m3時基本上都是重度霾.

表2　不同黑炭濃度范圍下各等級霾發(fā)生概率（%）Table 1　Hour percentage of haze of the different intensities for different ranges of CBC（%）

2.2移動觀測

2.2.1移動觀測期間天氣概況 12月5～7日及9日移動觀測期間分別為輕度、中度、重度、輕微霾天,其對應(yīng)的日均能見度為 4.5,2.02,0.61, 7.4km,日 均PM2.5為116.5,199.74,387.91, 27.58μg/m3,平均風速為2.38,1.42,1.21,4.75m/s.

圖6　BC濃度ONA算法降噪結(jié)果Fig.4　Post-processed results of BC data using ONA approach

2.2.2時間序列降噪處理 由于利用便攜式黑炭儀AE-42獲取的高時間分辨率移動測量值,在時間分辨率較高或 BC濃度較低的情況下會受到光學(xué)和電子噪聲的影響,可導(dǎo)致在某一時刻產(chǎn)生一個錯誤的低值隨之產(chǎn)生一個錯誤的高值,這里采用 Optimized Noise-reduction Averaging （ONA）算法［39］對實時量測的黑炭氣溶膠濃度值進行系統(tǒng)噪聲的去除.12月5～7日和9日的BC移動測量值的ONA降噪結(jié)果如圖6所示,可以看出降噪前的黑炭濃度上下波動比較大,ONA算法能夠有效地去除原始BC中出現(xiàn)的負值.

2.2.3黑炭氣溶膠分布特征及影響因素 降噪后,取每個平均窗口內(nèi)中間時刻的BC濃度值（中值）,然后,將每個中值與同時刻獲取的 GPS經(jīng)緯度信息一一對應(yīng),并利用 ArcGIS軟件將多天同一地理位置上的觀測點進行均值處理,對石家莊市區(qū)主干道 BC氣溶膠的空間分布進行移動制圖,并得到相應(yīng)的時空分布結(jié)果,該觀測期間除了12月9日上午11：00～13：00風速為7～8m/s,其余觀測時間風速均≤4m/s且 87%以上的觀測時間風速≤3m/s,64%以上的觀測時間風速≤2m/s,從固定觀測（圖2）可以看出4m/s以上的風速對于黑炭濃度變化的影響較為顯著,故除12月9日上午其余時間由于風速這一氣象因素對于空間分布結(jié)果造成的影響相對較低.

從石家莊空間分布（圖 7）可以看出：二環(huán)的BC濃度明顯高于二環(huán)內(nèi)的主干道,原因主要是二環(huán)外環(huán)城道路沒有對大型卡車實行限行政策,路面行駛的柴油發(fā)動機貨車較多,造成碳排放量的明顯增加；而二環(huán)以內(nèi)載客汽車（公共交通車輛及長途客運車輛除外）及輕型、微型貨車,在中華大街（槐安路至和平路）、平安大街（槐安路至和平路）、建設(shè)大街（槐安路至和平路）、中山路（友誼大街至體育大街）、裕華路（東二環(huán)至苑東街）等路段限制通行,排放量相對較少,從而使得市內(nèi)主干道BC濃度低于二環(huán)路.

圖7　石家莊市移動BC測量值的空間分布Fig.4　Spatial maps of mobile BC measurements in Shijiazhuang

BC濃度具有明顯的東西-南北向差異性,即和平路等4條東西向道路的BC濃度高于談固大街等5條南北向道路.南北向的觀測時間大致都在 10：00～13：00,東西向的觀測時間大致都在15：00～18：00,雖然12月9日上午11：00～13：00風速為7～8m/s對于BC濃度的影響較為顯著,但是12月7日全天風速≤3m/s其時間序列（圖8）顯示,東西向的濃度顯著高于南北向,并且由固定觀測分析可知：10：00～13：00的黑炭濃度略高于15：00～18：00,故氣象因素以及時間差異性對于這一空間差異性的影響較小.因此,可能的原因是東西向的商業(yè)網(wǎng)點較南北向稍多,人們東西向出行的頻率較高.

二環(huán)與多條主干道的交叉路口處通常是BC濃度高值區(qū),因為這些路口連接京珠高速、張石高速、黃石高速、西柏坡高速、省道等重要外聯(lián)交通干道；二環(huán)拐彎處、西二環(huán)、南二環(huán)與金利街交叉路口等處 BC濃度異常高,經(jīng)實地調(diào)查發(fā)現(xiàn)這些路段附近有許多工廠、物流中心、大量汽配店、汽修廠.

分析時間序列（圖 8）可知：4d的移動觀測中, BC濃度最高值均大于 400μg/m3,遠遠大于固定觀測；12月 7日（重度霾天）的 BC濃度普遍較高,12月9日（輕微霾天）的BC濃度普遍偏低,這一現(xiàn)象再次表明BC濃度與能見度、風速等關(guān)系較為顯著；每天上午9：00左右出現(xiàn)一個峰值,這一規(guī)律與固定觀測的每天上午出現(xiàn)一個峰值的現(xiàn)象吻合較好,可能與人們的出行習(xí)慣和混合層高度的變化有關(guān).為了進一步定量分析圖7中對應(yīng)的各路段和交叉路口之間的 BC濃度關(guān)系,提取出各路段 BC濃度均值以及交叉路口與其所屬路段比值并進行統(tǒng)計分析,結(jié)果如表3、表4所示.

圖8　石家莊市黑炭氣溶膠移動觀測的時間分布Fig.4　Temporal maps of mobile BC measurements in Shijiazhuang

從表3與表4分析可知：二環(huán)路的BC濃度均值大約是二環(huán)內(nèi)主干道濃度均值的1.48倍；二環(huán)的東南方向高于西北方向,這主要是因為石家莊冬季受西伯利亞冷高壓的影響,盛行西北風；二環(huán)路與內(nèi)環(huán)多條主干道的交叉路口處BC濃度較高,約是所有被觀測主干道BC濃度的2.01倍；二環(huán)路十字路口的BC濃度均值是二環(huán)路（除二環(huán)路十字路口的 BC濃度均值是二環(huán)路（除十字路口）的1.80倍,而二環(huán)內(nèi)的十字路口濃度均值是二環(huán)內(nèi)濃度均值（除十字路口）的2.05倍.原因是二環(huán)內(nèi)受工業(yè)的影響較小,BC濃度主要與交通量有關(guān),所以其比值與理論上的十字路口與主干道濃度均值的比值（大約為2倍）更接近,而二環(huán)上工廠等交通外因素對BC濃度的貢獻率相對較高.

表3　石家莊市區(qū)主干道各路段BC濃度Table 1　Concentration of BC of urban main road in Shijiazhuaug

表4　交叉路口與其所屬路段BC比值Table 1　The ratio of BC of intersection and the stretch

2.3討論

固定觀測可以提供 BC濃度在霾天氣過程中的整體時間變化特征,移動觀測可以便捷地獲取城市內(nèi)部 BC濃度的空間差異特征,兩者結(jié)合可作為我國城市霾天氣情況下 BC濃度特征綜合觀測的有效手段.論文不足在于,移動觀測中未能獲取交通流量、車輛類型、大氣成分等數(shù)據(jù),且觀測時間有限,結(jié)果可能存在一定的偶然性.后續(xù)研究中,將根據(jù)不同的天氣條件設(shè)計多個觀測實驗,并改進數(shù)據(jù)分析方法以便進一步降低時間變化對于移動觀測的影響,更詳細準確地揭示冬季霾天氣下石家莊市區(qū) BC氣溶膠的濃度特征及其空間分布差異.

3　結(jié)論

3.1石家莊市區(qū)的 BC濃度的日變化具有明顯的雙峰現(xiàn)象,第1個峰值在上午9：00左右,第2個峰值在夜晚.

3.2整個觀測期間 67.93%的時間天氣處于重度霾的狀態(tài).

3.3BC濃度與大氣能見度之間呈現(xiàn)明顯的負相關(guān)關(guān)系.

3.4不受交通管制的二環(huán)外, BC濃度明顯高于受交通管制的二環(huán)內(nèi)（前者是后者的1.48倍）.

［1］ 秦世廣,湯 潔,溫玉璞.黑碳氣溶膠及其在氣候變化研究中的意義 ［J］. 氣象,2001,27（11）：3-7.

［2］ Janssen N A H, Hoek G, Simic-Lawson M, et al. Black carbon as an additional indicator of the adverse health effects of airborne particles compared with PM10and PM2.5［J］. Environmental Health Perspectives, 2011,119（12）：1691-1699.

［3］ Galdos M, Cavalett O, Seabra J E A, et al. Trends in global warming and human health impacts related to Brazilian sugarcane ethanol production considering black carbon emissions ［J］. Applied Energy, 2013,104：576-582.

［4］ WHO, 2012. Health Effects of Black Carbon ［EB/OL］. http：//www.euro.who.int, ISBN：9789289002653, Copenhagen, Denmark.

［5］ Chugtai A R, Brooks M E, Smith D M. Hydration of black carbon ［J］. Journal of Geophysical Research： Atmospheres, 1996, 101（D14）：19505-19514.

［6］ Decesari S, Facchini M C, Matta E, et al. Water soluble organic compounds formed by oxidation of soot ［J］. Atmospheric Environment, 2002,36（11）：1827-1832.

［7］ 許 黎,王亞強,陳振林,等.黑碳氣溶膠研究進展Ⅰ：排放、清除和濃度 ［J］. 地球科學(xué)進展, 2006,21（4）：352-359.

［8］ Babu S S, Moorthy K K. Aerosol black carbon over a tropical coastal station in India ［J］. Geophysical Research Letters, 2002,29（23）：2098,doi：10.1029/2002GL015662.

［9］ 孫天樂,何凌燕,曾立武,等.2008北京殘奧會期間大氣黑碳氣溶膠污染特征 ［J］. 中國環(huán)境科學(xué), 2012,32（12）：2123-2127.

［10］ Saha A, Desplan S. Seasonal and diurnal variations of black carbon aerosols over a Mediterranean coastal zone ［J］. Atmospheric Research, 2009,92（1）：27-41.

［11］ Verma S, Pani S K, Bhanja S N. Sources and radiative effects of wintertime black carbon aerosols in an urban atmosphere in east India ［J］. Chemosphere, 2013,90：260-269.

［12］ Wang G C, Bai J H, Kong Q X, et al. Black Carbon Particles in the Urban Atmosphere in Beijing ［J］. Advances in atmospheric sciences, 2005,22（5）：640-646.

［13］ Aruna K, Lakshmi Kumar T V, Narayana Rao D, et al, Black carbon aerosols in a tropical semi-urban coastal environment：Effects of boundary layer dynamics and long range transport ［J］. Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics, 2013, 104：116-125.

［14］ Ozdemir H, Pozzoli L, Kindap T, et al. Spatial and temporal analysis of black carbon aerosols in Istanbul megacity ［J］. Science of the Total Environment, 2014,104：451-458.

［15］ Peters J, Theunis J, Poppel M V, et al. Monitoring PM10and ultrafine particles in urban environments using mobile measurements ［J］. Aerosol and Air Quality Research, 2013,13：509-522.

［16］ Poppel M V, Peters J, Blenxi N. Methodology for setup and data processing of mobile air quality measurements to assess the spatial variability of concentrations in urban environments ［J］. Environmental Pollution, 2013,183：224-233.

［17］ Dons E, Panis L I, Poppel M V, et al. Personal exposure to Black Carbon in transport microenvironments ［J］. Atmospheric Environment, 2012,55：392-398.

［18］ Dons E, Temmerman P, Poppel M V, et al. Street characteristics and traffic factors determining road users' exposure to black carbon ［J］. Science of the Total Environment, 2013,447：72-79.

［19］ Westerdahl D, Fruin S, Sax T, et al. Mobile platform measurements of ultrafine particles and associated pollutant concentrations on freeways and residential streets in Los Angeles ［J］. Atmopheric Environment, 2005,39（20）：3597-3610.

［20］ Fruin S A, Winer A M, Rodes C E. Black carbon concentrations in california vehicles and estimation of in-vehicle diesel exhaust particulate matter exposures ［J］. Atmospheric Environment, 2004, 38（25）：4123-4133.

［21］ Oliveira C, Pio C, Caseiro A, et al. Road traffic impact on urban atmospheric aerosol loading at Oporto, Portugal ［J］. Atmospheric Environment, 2010,44：3147-3158.

［22］ Olivares G, Smith J, Bluett J, et al. Spatial variation and characterisation of ambient aerosols from domestic solid fuel burning in a New Zealand town ［J］. Chemical Engineering Transactions, 2008,16：201-206.

［23］ 白 楊,秦 凱,吳立新,等.徐州市區(qū)主干道路黑炭氣溶膠濃度移動觀測實驗 ［J］. 地理與地理信息科學(xué), 2014,1（30）：45-49.

［24］ QX/T 113-2010 中華人民共和國氣象行業(yè)標準,霾的觀測和預(yù)報等級 ［S］.

［25］ 吳 兌,陳慧忠,吳 蒙,等.三種霾日統(tǒng)計方法的比較分析—以環(huán)首都圈京津冀晉為例 ［J］. 中國環(huán)境科學(xué), 2014,34（3）：545-554.

［26］ 吳 兌.關(guān)于霾與霧的區(qū)別和灰霾天氣預(yù)警的討論 ［J］. 氣象, 2005,31（4）：3-7.

［27］ 王 苑,耿福海,陳勇航,等.基于微脈沖激光雷達的上海浦東地區(qū)不同強度霾研究 ［J］. 中國環(huán)境科學(xué), 2013,33（1）：21-29.

［28］ 吳 兌,畢雪巖,鄧雪嬌,等.珠江三角洲大氣灰霾導(dǎo)致能見度下降問題研究 ［J］. 氣象學(xué)報, 2006,64（4）：510-516.

［29］ 趙普生,張小玲,徐曉峰,等.利用日均及14時氣象數(shù)據(jù)進行霾日判定的比較分析 ［J］. 環(huán)境科學(xué)學(xué)報, 2011,31（4）：704-708.

［30］ 趙普生,徐曉峰,孟 偉,等.京津冀區(qū)域霾天氣特征 ［J］. 中國環(huán)境科學(xué), 2012,32 （1）：31-36.

［31］ 張 磊,張 鐳,張丁玲,等.蘭州遠郊區(qū)黑碳氣溶膠濃度特征［J］. 中國環(huán)境科學(xué), 2011,31（8）：1248-1255.

［32］ Cao J J, Zhu C S, Chow J C, et al. Black carbon relationships with emissions and meteorology in Xi'an,China ［J］. Atmospheric Research, 2009,94（2）：194-202.

［33］ 王揚鋒,馬雁軍,陸忠艷,等.沈陽黑炭氣溶膠濃度的觀測研究分析 ［J］. 安全與環(huán)境學(xué)報, 2011,11（3）：124-127.

［34］ Bergin M H, Xu J, Fang C. Measurement of aerosol light scattering and absorption coefficient in Beijing during June, 1999 ［J］. Journal of Geophysical Research, 2001,106（16）：17969-17980.

［35］ Derwent R G, Ryall D B, Jennings S G, et al. Black carbon aerosol and carbon monoxide in European regionally polluted air masses at Mace Head, Ireland during 1995-1998 ［J］. Atmospheric Environment, 2001,35（36）：6371-6378.

［36］ Petzold A, Ogren J A, Fiebig M, et al. Recommendations for reporting“black carbon”measurements ［J］. Atmospheric Chemistry and Physics, 2013,13：8365-8379.

［37］ Shen L J, Li L, Lu S, et al. Characterization of black carbon aerosol in Jiaxing, China during autumn 2013 ［J］. Particuology （2014）, http：//dx.doi.org/10.1016/j.partic.2014.08.002.

［38］ Cao J J, Lee S C, Ho K F, et al. Characteristics of carbonaceous aerosol in Pearl River Delta Region, China during 2001 winter period ［J］. Atmospheric Environment, 2003,37（11）：1451-1460.

［39］ Hagler G S W, Yelverton T L B, Vedantham R, et al. Post-processing method to reduce noise while preserving high time resolution in aethalometer real-time black carbon data ［J］. Aerosol and Air Quality Resarch, 2011,11（5）：539-546.

Characteristics of black carbon concentration in Shijiazhuang under haze weather conditions during December，2013.

HU Ming-yu1,2, QIN Kai1,2*, BAI Yang1, WANG Run-feng3, ZHOU Yang3（1.National Administration of Surveying, Mapping and Geoinformation Key Laboratory of Land Environment and Disaster Monitoring, China University of Mining and Technology, Xuzhou 221116, China；2.School of Environment Science and Spatial Informatics, China University of Mining and Technology, Xuzhou 221116, China；3.The 2nd Institute of Surveying and Mapping of Hebei Province, Shijiazhuang 050031, China）. China Environmental Science, 2015,35（9）：2585～2593

A prolonged heavy haze event occurred in Shijiazhuang, Hebei province, China, from December 5thto 27th, 2013. The visibilities variates from 0.2 to 8 km and there are approximately 89.53% days with visibility lower 5 km during this period. The aethalometer for measuring black carbon was deployed in the 2nd Institute of Surveying and Mapping of Hebei Province, and the data showed that, 1） the averaged black carbon mass concentration （CBC） was 39.84μg/m3； 2） the diurnal variation presented a bimodal distribution with the first peak at 01：00 （UTC Time） and the second peak at 13：00～16：00； （UTC Time） 3） a negative correlation can be observed between hourly averaged CBCand hourly averaged visibility； 4） the probability of occurrence of serve haze hours was 97.78% when the CBCwas higher than the averaged CBC. In addition to the fixed station measurements, mobile measurements were conducted on the main roads in Shijiazhuang downtown for several days, using a car which was equipped with an aethalometer and a GPS receiver. The results showed that the CBCwas obviously related to the traffic density and street characteristics （road type and traffic density）. The CBCover the 2ndring road was 1.48times higher than that within the 2ndring road. The CBCover downtown areas was lower and presented a significance difference between south, north direction.

haze；Shijiazhuang；black carbon aerosol；mobile measurement

X513

A

1000-6923（2015）09-2585-09

2015-01-08

中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費專項資金資助（2014QNA32）

*責任作者, 副教授, qinkai20071014@163.com

胡明玉（1991-）,女,河南信陽人，中國礦業(yè)大學(xué)環(huán)境與測繪學(xué)院碩士研究生，主要從事大氣環(huán)境遙感研究.