《Sustainability》：Sustainable Urban Air Quality Monitoring: Determination of Equivalent Black Carbon Concentrations and Mass Absorption Cross Sections (MAC) Using Multi-Wavelength Absorption Black Carbon Instrument (MABI) in Athens and Krakow
编辑推荐：
黑碳是大气颗粒物中重要的光吸收成分，对城市空气质量、气候强迫、人类健康和可持续城市发展具有显著影响。因此，可靠的黑碳监测对于评估燃烧相关污染和支持可持续空气质量管理和减排策略至关重要。本研究评估了多波长吸收黑碳仪器（MABI）在离线测定气溶胶光吸收和等效黑碳方
黑碳是大气颗粒物中重要的光吸收成分，对城市空气质量、气候强迫、人类健康和可持续城市发展具有显著影响。因此，可靠的黑碳监测对于评估燃烧相关污染和支持可持续空气质量管理和减排策略至关重要。本研究评估了多波长吸收黑碳仪器（MABI）在离线测定气溶胶光吸收和等效黑碳方面的性能，在对比城市条件下进行。研究人员在波兰克拉科夫和希腊雅典的城市背景站点于2024年冬季和夏季采集了PM2.5和PM10样品，覆盖了供暖期和非供暖期以及广泛的颗粒物浓度范围。样品同时采集在石英纤维和特氟龙过滤器上。使用多波长吸收黑碳仪器在870 nm波长下离线测量其光吸收。元素碳浓度通过热光透射法（EUSAAR_2协议）在石英纤维过滤器上独立测定，而雅典运行的AE33 Aethalometer连续吸收测量用于评估离线与在线测量的可比性。还使用一组共同过滤器检验了在克拉科夫和雅典运行的两台独立多波长吸收黑碳仪器的一致性。观察到的离线吸收系数与元素碳浓度之间呈强线性关系，研究数据集的决定系数超过0.90。离线测量也重现了AE33观察到的变异性，尽管系统性地产生了高于连续仪器的吸收系数。石英纤维过滤器产生的吸收值和表观质量吸收截面高于特氟龙过滤器，显示出显著的基板依赖性效应。克拉科夫和雅典石英基关系的差异表明，气溶胶组成、来源特征、老化和混合状态也可能影响光吸收与元素碳浓度之间的关系。这些发现证实该仪器适用于离线回顾性等效黑碳评估，尤其是在连续监测不可用的情况下。可靠的定量应用需要针对过滤器的校准，并在必要时使用特定地点的质量吸收截面值。通过利用存档和常规收集的过滤器样品进行黑碳评估，该方法可以补充连续监测网络，支持更可及和可持续的空气质量监测。此类测量有助于评估污染趋势、排放控制措施和旨在改善城市环境质量及推进可持续发展目标的循证策略。
**论文解读：基于MABI的等效黑碳浓度测定与质量吸收截面分析——以雅典和克拉科夫为例**
**1. 研究背景与问题**
黑碳（BC）是大气颗粒物中强吸光性碳质组分，主要来源于化石燃料和生物质的不完全燃烧，对气候强迫、人体健康及城市空气质量具有显著影响。精确监测BC浓度是评估燃烧污染和制定减排策略的基础，但传统连续监测设备（如Aethalometer）在基础设施不足的地区（如波兰）往往缺失。离线滤膜采样结合多波长吸收黑碳仪器（MABI）提供了一种替代方案，但需验证其在不同环境条件下的可靠性，并解决滤膜基质差异带来的系统误差。现有研究缺乏对MABI在多种城市背景、季节和粒径分数下的系统评估，且质量吸收截面（MAC）值随地点和滤膜类型变化，未形成标准化校准方法。
**2. 研究目标与方法**
本研究旨在评估MABI在离线测定气溶胶光吸收和等效黑碳（eBC）中的性能，并与在线AE33 Aethalometer和热光法（TOT）结果进行对比。研究于2024年冬季和夏季在波兰克拉科夫和希腊雅典的城市背景站点采集PM2.5和PM10样品，分别使用石英纤维和Teflon滤膜。关键方法包括：
- **样品采集与质量分析**：使用低流量采样器（2.3 m3/h）并行收集滤膜，通过微天平称重测定PM质量浓度。
- **MABI测量**：在405-1050 nm七个波长下离线测量滤膜光透射率，计算吸收系数（b_abs）。
- **EC测定**：采用EUSAAR_2协议的热光透射法（TOT）独立测定石英滤膜上的元素碳（EC）浓度。
- **对比验证**：以AE33连续监测数据为参考，评估MABI的离线测量一致性；通过共同滤膜组检验两台MABI的仪器间可比性。
- **MAC计算**：基于MABI 870 nm吸收系数与EC浓度的线性回归斜率，推导表观MAC值。
**3. 结果**
**3.1 仪器间可比性验证**
两台MABI（克拉科夫和雅典）对共同滤膜组的测量结果高度一致（R2=0.975），平均差异仅为-4.39 Mm?1，表明仪器响应无显著系统偏差，支持跨站点数据合并分析。
**3.2 MABI与AE33对比**
在雅典，MABI测量值（870 nm）与AE33（880 nm）呈强线性相关（石英滤膜R2=0.95，Teflon滤膜R2=0.91），但MABI系统性地高估吸收系数，石英滤膜高估幅度大于Teflon。这一偏差源于MABI离线传输测量未应用动态载荷校正，而AE33采用双点补偿算法，两者原理不同所致。
**3.3 表观MAC值推导**
- 雅典石英滤膜：表观MAC = 31.11 m2/g（R2=0.95），Teflon滤膜为21.24 m2/g（R2=0.91）。
- 克拉科夫石英滤膜：表观MAC = 39.11 m2/g（R2=0.97），较雅典高约26%；Teflon滤膜为21.51 m2/g（R2=0.90），与雅典接近，但样品仅限暖季且浓度范围窄。
- AE33参考MAC为5.11 m2/g（R2=0.98），MABI值约为其4-8倍，反映滤膜基质内多重散射增强。
**3.4 滤膜基质效应**
直接对比平行滤膜显示，石英纤维滤膜在所有粒径和站点均产生显著高于Teflon的吸收系数，偏离1:1线，且偏差随载荷和成分变化。这归因于石英纤维的多孔结构增强光散射，而Teflon的平滑表面减少光程。
**4. 讨论与结论**
研究表明，MABI能可靠重现EC相关吸收的时空变异性，但定量eBC需依赖滤膜和地点特异性校准。石英滤膜的MAC差异（克拉科夫高于雅典）可能反映气溶胶来源、老化程度和混合状态的区域差异。Teflon滤膜在两地一致性较高，但数据限制需谨慎解释。MABI作为离线补充工具，适用于回顾性分析和无连续监测地区。未来需扩展多站点、多季节数据集，并结合化学形态分析以细化MAC影响因素。研究结论强调，MABI测定应基于独立EC校准，报告MAC时需明确滤膜类型和不确定性。该研究为可持续空气质量监测提供了低成本、可追溯的方法，支持污染趋势评估和减排政策制定。
