利用双碳同位素揭示西印度地区碳质气溶胶的起源和形成过程中的季节性变化

《ACS ES&T Air》：Unraveling Seasonality in Origin and Processing of Carbonaceous Aerosols over Western India Using Dual-Carbon Isotopes

Ahmedabad市PM2.5碳颗粒物来源研究发现，生物质燃烧贡献率在夏季达55%，冬季最低29%，稳定碳同位素（δ13C）和有机碳氧化参数（f44）显示区域传输主导冬季高氧化态颗粒物，季节性生物质燃烧与区域大气输送共同影响城市空气质量。

　　

本研究调查了印度西部快速发展的城市艾哈迈达巴德市中PM_2.5的来源和特征。该城市位于污染严重的印度-恒河平原与纯净的阿拉伯海之间。研究采用了化学分析、光学分析以及双碳同位素（¹³C和¹⁴C）分析方法来研究碳质气溶胶（CAs）。PM_2.5样本采集时间为2020年11月至2021年6月，涵盖了季风后、冬季、春季和夏季四个季节。在这些季节中，碳质气溶胶分别占PM_2.5质量的42 ± 10%、53 ± 11%、55 ± 12%和29 ± 6%。根据放射性碳分析结果，其中64 ± 3%、64 ± 3%、56 ± 3%和49 ± 4%的PM_2.5来源于生物质燃烧（BB）或生物源（f_bio）。稳定碳同位素比值（δ¹³C）在季风后季节最高（?25.4 ± 0.8‰），冬季较低（?25.9 ± 0.4‰），而在春季和夏季最低且相近（?26.5 ± 0.3‰）。δ¹³C的变化与气溶胶质谱法测得的碳质气溶胶氧化程度指标（f₄₄）一致，这主要归因于大气对有机碳（OC）的氧化过程，而非来源的变化。f_{bio_BC}的比值（0.20 ± 0.08）低于f_{bio_OC}（0.62 ± 0.07），表明生物源对有机碳的贡献较大。建议使用f_{bio_OC}/f_{bio_BC}的比值作为区分碳质气溶胶中生物源贡献的指标。该比值显示夏季的生物源影响最大，其次是春季、季风后和冬季。尽管夏季生物源的贡献较高，但由于冬季气溶胶来自污染严重的印度-恒河平原，在传输过程中经历了高度氧化，这从较高的δ¹³C和f₄₄值中可以得到证实。研究结果表明，即使在大型城市中心，区域性的气溶胶传输和季节性的生物质燃烧也与当地的空气质量密切相关，同时当地化石燃料的排放也起着重要作用。