已知黑碳（通常稱(chēng)為煙灰）對(duì)全球變暖有顯著貢獻(xiàn)，并且與不良健康后果密切相關(guān)。

    在從船舶，大型卡車(chē)和火車(chē)排出的燃料不完全燃燒期間產(chǎn)生黑碳。對(duì)于居住在城市地區(qū)的居民來(lái)說(shuō)，這種空氣污染物是一個(gè)主要問(wèn)題。目前，市售的分體式電磁流量計(jì)非常昂貴，這使得難以跟蹤黑碳。

    現(xiàn)在，美國(guó)能源部勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的一個(gè)研究小組與加州大學(xué)伯克利分校合作，創(chuàng)造了一種新型分體式電磁流量計(jì)網(wǎng)絡(luò)，不僅更實(shí)惠，而且還可以跟蹤這種顆粒物質(zhì)。研究人員在西奧克蘭（West Oakland）部署了100多個(gè)定制分體式電磁流量計(jì)100天，研制出最大的黑碳監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，安裝在一個(gè)城市。100×100空氣質(zhì)量網(wǎng)絡(luò)的完整描述已發(fā)表在“ 環(huán)境科學(xué)與技術(shù) ”雜志上。

    發(fā)展監(jiān)測(cè)空氣污染的新技術(shù)
    新項(xiàng)目主要是為解決社區(qū)中存在的持續(xù)存在的問(wèn)題而引入的 - 需要更多改進(jìn)的工具來(lái)跟蹤空間和時(shí)間的黑碳。基于之前在伯克利實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的研究，研究人員通過(guò)構(gòu)建氣溶膠黑碳探測(cè)器（簡(jiǎn)稱(chēng)ABCD）來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。

    伯克利實(shí)驗(yàn)室能源分析和環(huán)境影響部門(mén)負(fù)責(zé)人Thomas Kirchstetter表示：“ 我們開(kāi)發(fā)了一種不存在的技術(shù)，可以看到這種無(wú)形的問(wèn)題。”他是加州大學(xué)伯克利分校土木與環(huán)境工程的兼職教授。

    ABCD體積小，成本低，是一種緊湊型空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)儀，可以測(cè)定空氣樣本中的黑碳濃度。

    共同作者Julien Caubel在博士研究期間開(kāi)發(fā)的設(shè)計(jì)突破幫助分體式電磁流量計(jì)容忍濕度和溫度的變化。當(dāng)ABCD長(zhǎng)時(shí)間留在室外時(shí)，它會(huì)產(chǎn)生一致的數(shù)據(jù)。對(duì)于每個(gè)ABCD，材料成本不到500美元。相比之下，確定黑碳濃度的商業(yè)上可獲得的裝置花費(fèi)數(shù)千美元。




    分布式網(wǎng)絡(luò)
    分體式電磁流量計(jì)的范圍被安裝跨西奧克蘭，15公里的2混合使用工業(yè)/居民區(qū)通過(guò)高速公路包圍并受到從奧克蘭港和其他類(lèi)似的工業(yè)活動(dòng)的排放。此外，還選擇了6個(gè)土地利用類(lèi)別，如工業(yè)，住宅，逆風(fēng)，卡車(chē)路線，近高速公路和港口位置，以進(jìn)行分體式電磁流量計(jì)放置。

    Preble還是加州大學(xué)伯克利分校的博士后研究員。
    研究人員通過(guò)與環(huán)境保護(hù)基金，西奧克蘭環(huán)境指標(biāo)項(xiàng)目（WOEIP），奧克蘭港和灣區(qū)空氣質(zhì)量管理區(qū)的合作，招募了愿意在其業(yè)務(wù)和家庭之外托管黑碳分體式電磁流量計(jì)的社區(qū)成員“ 我們與WOEIP的合作，特別是與Margaret Gordon女士和Brian Beveridge合作，對(duì)研究的成功至關(guān)重要，”Preble補(bǔ)充說(shuō)。

    為了實(shí)時(shí)跟蹤所有分體式電磁流量計(jì)，包括其運(yùn)行狀態(tài)，并獲得測(cè)量結(jié)果，作者創(chuàng)建了一個(gè)定制的數(shù)據(jù)庫(kù)和網(wǎng)站。然后，使用移動(dòng)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)2G，分體式電磁流量計(jì)每小時(shí)將黑碳濃度傳遞到數(shù)據(jù)庫(kù)。該研究創(chuàng)造了大約2200萬(wàn)行數(shù)據(jù)，可以更好地了解當(dāng)?shù)乜諝馕廴镜男再|(zhì)。目前可供下載的數(shù)據(jù)也被灣區(qū)空氣質(zhì)量管理區(qū)，加州大學(xué)伯克利分校和其他機(jī)構(gòu)的合作者用于加強(qiáng)空氣污染建模工具。

    將隱形污染物轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)
    這些分體式電磁流量計(jì)是如何實(shí)際運(yùn)作的？ABCD裝置通過(guò)白色過(guò)濾器吸入空氣，在該過(guò)濾器上有效地沉積黑色碳顆粒。在分體式電磁流量計(jì)內(nèi)，光學(xué)元件周期性地確定通過(guò)變暗濾光器發(fā)送的光量。空氣中黑碳的濃度基于隨時(shí)間變暗的過(guò)濾器的量。這種方法由伯克利實(shí)驗(yàn)室多年前創(chuàng)建，目前已在市場(chǎng)上出售，是該分析創(chuàng)新的基礎(chǔ)。

    在西奧克蘭，該團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)黑碳在短短一小時(shí)的時(shí)間跨度和短至100米的距離上顯著不同。最多變和最高水平與沿海街的卡車(chē)活動(dòng)有關(guān)，通常在黎明前的幾個(gè)小時(shí)，當(dāng)奧克蘭港關(guān)閉并在營(yíng)業(yè)開(kāi)始時(shí)達(dá)到高峰，早上大約八點(diǎn)。該團(tuán)隊(duì)記錄了周日研究區(qū)內(nèi)黑碳的最低濃度，當(dāng)時(shí)卡車(chē)活動(dòng)通常最低，而且位于高速公路以西，靠近海灣和城市工業(yè)活動(dòng)的逆風(fēng)位置。大多數(shù)分體式電磁流量計(jì)收集的數(shù)據(jù)足以確定研究最初30天內(nèi)的污染模式，表明模擬和較短分析可以為其他社區(qū)提供有關(guān)其空氣質(zhì)量的有用數(shù)據(jù)。

    與社區(qū)合作推進(jìn)監(jiān)測(cè)科學(xué)
    目前，研究人員正在努力進(jìn)一步開(kāi)發(fā)這種新技術(shù)，使其更強(qiáng)大，更易于使用，以便可以在其他區(qū)域長(zhǎng)時(shí)間安裝。“ 我們長(zhǎng)期以來(lái)一直參與空氣污染傳感技術(shù)的產(chǎn)生，”Kirchstetter表示，他的導(dǎo)師Tica Novakov是這項(xiàng)工作的靈感來(lái)源，并開(kāi)始了黑碳研究領(lǐng)域。“ 伯克利實(shí)驗(yàn)室擁有空氣質(zhì)量和材料科學(xué)專(zhuān)家，可以進(jìn)一步推動(dòng)分體式電磁流量計(jì)科學(xué)的發(fā)展，”他補(bǔ)充道。自項(xiàng)目完成以來(lái)，Caubel和Cados已經(jīng)建立了一個(gè)創(chuàng)建這些方法的初創(chuàng)公司，并使它們更加即時(shí)可用。