喜马拉雅山脉西北部居民燃料燃烧产生的粒径分辨气溶胶：对吸光性、吸湿性及云凝结核活化的潜在影响

《Atmospheric Environment》：Size-resolved aerosols from residential fuel combustion in the northwestern Himalayas: potential effects on light absorption, hygroscopicity and CCN activation

　　

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  六种燃料的气溶胶粒径分布、成分及其气候效应研究
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  气溶胶质量呈三峰分布，其中积累模式为主导贡献者
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  与成分相比，粒径是云凝结核活性的主要决定因素
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  在所有粒径范围和所有燃料类型中，D_p≤0.25 μm显示出最高的吸收率
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  棕碳质量吸收效率（MAC₃₆₅）范围为1.7至6.9 m² g^-1

引言

室内燃烧活动被认为是大气环境中气溶胶浓度的重要贡献来源，在发达国家的贡献率为7%–36%，在发展中国家为10%–70%（Chowdhury等人，2023年）。发展中国家主要的家庭燃烧活动包括烹饪、空间供暖和照明（Balakrishnan等人，2019年）。南亚和非洲的多个国家面临着向庞大人口提供价格合理、现代化的清洁燃料的挑战（Bonjour等人，2013年；Pandey等人，2017年）。例如，在印度，仍有40%的人口依赖固体燃料进行烹饪，家庭固体生物质燃料燃烧贡献了该国超过50%的PM_2.5排放量（Balakrishnan等人，2019年）。Navinya等人（2025年）报告称，在印度，家庭燃烧活动分别贡献了约70%的大气有机碳（OC）和约50%的元素碳（EC）排放量。EC和棕碳（BrC，即OC的吸收组分）已知可通过光吸收和云凝结核（CCN）形成产生直接、间接和半直接的气候效应（Bond等人，2013年；Laskin等人，2015年）。由于CCN形成和直接光吸收对粒径的依赖性差异，这些效应与气溶胶粒径密切相关（Dusek等人，2006年；Petters和Kreidenweis，2007年；Moosmuller等人，2009年；P?hlker等人，2023年）。EC是强光的吸收体，与全球直接辐射强迫（DRF）0.11 W m^-2相关（IPCC，2021年），而BrC的全球直接辐射强迫约为0.1–0.25 W m^-2（Feng等人，2013年），在印度约为0.5–2 W m^-2（Navinya等人，2025年）。然而，印度上空的BrC辐射强迫可能不准确，因为其依赖于从非印度地区推导的参数化方案（Navinya等人，2025年）。

家庭燃烧活动对大气气溶胶负荷的贡献程度直接与传统家用燃料（如木材、作物残余物、牛粪、煤油、木炭等）的使用量相关（Balakrishnan等人，2017年；Navinya等人，2025年）。由于清洁替代燃料的可获得性和经济性问题，以及可免费获取的生物质的存在，这些燃料在印度农村和偏远地区的使用率相对较高，而非城市地区（Choudhuri和Desai，2021年）。印度西北部喜马拉雅地区深受此困扰，农村/偏远家庭的固体燃料燃烧量很大（Balakrishnan等人，2017年），导致环境中PM、EC和OC负荷较高（Kumar和Attri，2016年；Saxena等人，2016年）。这进而可能导致当地温度升高、云层形成和冰川融化（Hadley和Kirchstetter，2012年；Bond等人，2013年；Sarangi等人，2020年；Usha等人，2021年）。针对这些问题，以往的研究试图调查喜马拉雅地区大气中的气溶胶气候强迫因子（Saxena等人，2016年；Kirillova等人，2016年；Zhu等人，2018年；Arun等人，2024年）；然而，该区域住宅燃料使用产生的气候强迫因子的粒径分级分布及其潜在气候效应仍知之甚少。

鉴于此，我们在此报告了在西北部喜马拉雅两个邦进行家庭燃烧活动期间，现场采集的粒径分级气溶胶中水溶性和水不溶性BrC的气候相关光学特性。具体而言，我们报告了六种常用燃料类型排放物的气溶胶质量粒径分布、BrC吸收、折射率的虚部、吸湿性以及CCN激活所需的关键过饱和度。

章节摘要

研究区域、气溶胶采样与提取

六种燃料（CDC：牛粪饼，FW：柴火，CC：木炭，KS：煤油，BG：沼气，LPG：液化石油气）于2019-2020年冬季在喜马偕尔邦的曼迪（MD）和库卢（KD）区以及北方邦的奈尼塔尔（ND）和德拉敦（DD）区进行采样（图1a）。研究区域的描述、选择依据以及按燃料类型采集的样品数量见补充信息（文本S1和表S1）。

家庭问卷调查结果

北方邦和喜马偕尔邦农村家庭问卷调查的汇总结果见表S2（补充信息）。这些家庭的典型人口为5-8人，CDC和FW是烹饪的主要燃料（在69±5%的家庭中同时使用）。用于烹饪的其他燃料包括CC和KS。电力是照明的主要能源；然而，北方邦的一些农村家庭使用煤油灯照明。

结论

本研究表明，西北部喜马拉雅地区北方邦和喜马偕尔邦农村家庭的住宅燃料燃烧产生了大量的细颗粒物负荷，且存在明显的燃料依赖性差异，其中CDC和FW产生的PM_2.5和PM₁浓度最高，而LPG和BG相对较清洁。排放的气溶胶群体呈三峰质量-粒径分布，其中积累模式（0.29-2 μm）的贡献率为40-77%。其中约40-60%的……

CRediT作者贡献声明

Sébastien Bau：撰写 – 审阅与编辑，方法学。Jingying Mao：撰写 – 审阅与编辑，方法学，调查，数据整理。Shiguo Jia：撰写 – 审阅与编辑，可视化，资源，方法学，数据整理。Prashant Rawat：撰写 – 初稿，可视化，方法学，调查，形式分析，数据整理，概念构思。Sayantan Sarkar：撰写 – 审阅与编辑，验证，监督，资源，项目管理，方法学，资助。

未引用文献

Ashraf等人，2021年；de la Sota等人，2018年；Dey和Sarkar，2024年；Finlayson-Pitts和Pitts Jr，1999年；Han等人，2016年；Hoffer等人，2006年；联合国政府间气候变化专门委员会，2023年；ISO - 15767，2009年；Loebel Roson等人，2021年；Moteki等人，2019年；Rana和Sarkar，2024年；Twomey，1975年；Winklmayr等人，1990年；Winklmayr等人，1990年；Yu等人，2004年；Zhao等人，2022年。

利益冲突声明

? 作者声明，他们没有已知的可能影响本文所述工作的竞争性经济利益或个人关系。

致谢

作者感谢三位匿名审稿人提出的深思熟虑的评论和建设性建议。PR感谢印度科学与科技部（DST）提供INSPIRE奖学金以开展本工作。作者感谢印度理工学院曼迪分校先进材料研究中心（AMRC）和环境工程实验室提供的仪器设施。作者感谢印度理工学院曼迪分校和印度科学技术研究所加尔各答分校提供的资助。作者还……

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