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陈兵
作者:   时间:2018-02-01   点击数:

陈兵 博士

副研究员,硕导

ORCID:http://orcid.org/0000-0002-1556-9705

  E-mailbingchen@sdu.edu.cn

  地址:山东大学环境研究院 南楼208室,山东省济南市山大南路27号,邮编250100


先后获得吉林大学学士、硕士、名古屋大学博士学位,随后在西班牙、瑞典开展博士后和访问研究,现为山东大学副研究员。研究领域包括大气环境、海洋环境。目前以第一作者或者通讯作者发表了20SCI论文(包括Environ. Sci. Technol.Journal of Geophysical ResearchEnviron. Pollut.Sci. Tot. Environ.等知名期刊),是多个国际期刊的邀请审稿人。


个人简介:

受教育经历

2005/10 – 2008/09,名古屋大学(日本),大学院环境研究科,地球环境专攻,博士

2002/09 – 2005/06,吉林大学,地球科学学院,第四纪地质学,硕士

1998/09 – 2002/06,吉林大学,地球科学学院,资源与矿产勘察系,学士


研究工作经历

2012/09 – 今,山东大学环境研究院,副研究员

2010/07 – 2012/08,西班牙University of Huelva与美国 NOAA 协议资助博士后

2011/04 – 2011/05,斯德哥尔摩大学运用环境学院(ITM),访问学者

2008/10 – 2010/07,中国科学院城市环境研究所,助理研究员


学术兼职:

青岛海洋科学与技术国家实验室客座人员

江苏气候变化协同创新中心科研骨干


研究方向:

大气细颗粒与气候污染物

气溶胶化学和来源解析

黑碳光学与气候效应

工业大气重金属污染扩散预测模式

同位素示踪

沙尘暴及来源解析


主持承担的科研项目:

2017年度山东省重点研发计划(公益类专项)项目,GG201703170100,海洋沉积物重建华北黑碳气溶胶污染历史,2018/01-2019/12,主持

国家自然科学基金应急管理项目,21647006,放射性同位素与稳定同位素联合对灰霾黑碳和WSOC的来源解析,2017/01-2017/12,主持

国家自然科学基金重大研究计划项目,91644214,二次有机气溶胶的界面反应及其在灰霾形成中的作用机制,2017/01-2021/12,第二参与人(项目总经费220万,本人40万元)

冰冻圈科学国家重点实验室开放基金,SKLCS-OP-2017-01,碳同位素示踪冰川中粉尘的来源及其历史变化,2017/01-2018/12,主持

山东大学自主创新基金,2013TB003,建立原创性的碳质气溶胶同位素分析技术,主持

教育部留学回国人员启动经费,中国城市大气气溶胶元素碳和有机碳的稳定同位素特征,主持

国家自然科学基金青年项目,40905065,中国沿海地区含碳气溶胶的排放与传输,主持


论文与著作:

2018

Li J., Chen B.*, de la Campa A.M.S., Alastuey A., Querol X., de la Rosa J.D., 2018. 2005–2014 trends of PM10 source contributions in an industrialized area of southern Spain. Environ. Pollut. 236, 570-579. doi:https://doi.org/10.1016/j.envpol.2018.01.101. 

2017

Chen, B., Z. Zhu, X. Wang, A. Andersson, J. Chen, Q. Zhang, and Ö. Gustafsson (2017), Reconciling modeling with observations of radiative absorption of black carbon aerosols, J. Geophys. Res. Atmos., 122(11), 5932-5942, doi: 10.1002/2017jd026548. 

Chen, B., Z. Bai, X. Cui, J. Chen, A. Andersson, and Ö. Gustafsson (2017), Light absorption enhancement of black carbon from urban haze in Northern China winter, Environ. Pollut., 221, 418-426, doi: http://dx.doi.org/10.1016/j.envpol.2016.12.004. 

Xu, W., F. Wang, J. Li, L. Tian, X. Jiang, J. Yang, and B. Chen* (2017), Historical variation in black carbon deposition and sources to Northern China sediments, Chemosphere, 172, 242-248, doi: http://dx.doi.org/10.1016/j.chemosphere.2016.12.155. 

2016

Chen, B., Cui, X. & Wang, Y. Regional prediction of carbon isotopes in soil carbonates for Asian dust source tracer. Atmos. Environ. 142, 1-8, doi:http://dx.doi.org/10.1016/j.atmosenv.2016.07.029 (2016). 

Li C., Bosch C., Kang S., Andersson A., Chen P., Zhang Q., Cong Z.,Chen B., Qin D., Gustafsson Ö., 2016. Sources of black carbon to the Himalayan–Tibetan Plateau glaciers. Nature Communications 7, 12574. doi:10.1038/ncomms12574 

Cui, X., Wang, X., Yang, L.,Chen, B.*, Chen, J.*, Andersson, A. & Gustafsson, Ö. Radiative absorption enhancement from coatings on black carbon aerosols. Sci. Tot. Environ. 551–552, 51-56, doi:http://dx.doi.org/10.1016/j.scitotenv.2016.02.026 (2016). 

Chen, B., Stein, A. F., Castell, N., Gonzalez-Castanedo, Y., Sanchez de la Campa, A. M. & de la Rosa, J. D. Modeling and evaluation of urban pollution events of atmospheric heavy metals from a large Cu-smelter. Sci. Tot. Environ. 539, 17-25, doi: http://dx.doi.org/10.1016/j.scitotenv.2015.08.117 (2016).   

2015年以前

Chen, B., Jie, D., Shi, M., Gao, P., Shen, Z., Uchida, M., Zhou, L., Liu, K., Hu, K. & Kitagawa, H. Characteristics of 14C and 13C of carbonate aerosols in dust storm events in China. Atmos. Res. 164–165, 297-303, doi:http://dx.doi.org/10.1016/j.atmosres.2015.06.003 (2015). 

Li, W., Chi, J., Shi, Z., Wang, X., Chen, B., Wang, Y., Li, T., Chen, J., Zhang, D., Wang, Z., Shi, C., Liu, L. & Wang, W. Composition and hygroscopicity of aerosol particles at Mt. Lu in South China: Implications for acid precipitation. Atmos. Environ. 94, 626-636, doi:http://dx.doi.org/10.1016/j.atmosenv.2014.06.003 (2014). 

Chen, B., Stein, A. F., Maldonado, P. G., Sanchez de la Campa, A. M., Gonzalez-Castanedo, Y., Castell, N. & de la Rosa, J. D. Size distribution and concentrations of heavy metals in atmospheric aerosols originating from industrial emissions as predicted by the HYSPLIT model. Atmos. Environ. 71, 234-244, doi:http://dx.doi.org/10.1016/j.atmosenv.2013.02.013 (2013).

Chen, B., Andersson, A., Lee, M., Kirillova, E. N., Xiao, Q., Kruså, M., Shi, M., Hu, K., Lu, Z., Streets, D. G., Du, K. & Gustafsson, Ö. Source Forensics of Black Carbon Aerosols from China. Environ. Sci. Technol. 47, 9102-9108, doi:10.1021/es401599r (2013).

Chen, B., Stein, A. F., Castell, N., de la Rosa, J. D., Sanchez de la Campa, A. M., Gonzalez-Castanedo, Y. & Draxler, R. R. Modeling and surface observations of arsenic dispersion from a large Cu-smelter in southwestern Europe. Atmos. Environ. 49, 114-122, doi:http://dx.doi.org/10.1016/j.atmosenv.2011.12.014 (2012).

Chen, B., Du, K., Wang, Y., Chen, J.-S., Zhao, J.-P., Wang, K., Zhang, F.-W. & Xu, L.-L. Emission and Transport of Carbonaceous Aerosols in Urbanized Coastal Areas in China. Aerosol and Air Quality Research 12, 80-87 (2012).

Du, K., Wang, Y., Chen, B., Wang, K., Chen, J. & Zhang, F. Digital photographic method to quantify black carbon in ambient aerosols. Atmos. Environ. 45, 7113-7120, doi:http://dx.doi.org/10.1016/j.atmosenv.2011.09.035 (2011).

Chen, B., Chen, J., Zhao, J. & Zhang, F. Particulate Air Pollution from Combustion and Construction in Coastal and Urban Areas of China. J. Air Waste Manag. Assoc. 61, 1160-1165, doi:10.1080/10473289.2011.603995 (2011).

Chen, B., Kitagawa, H., Hu, K., Jie, D., Yang, J. & Li, J. Element and mineral characterization of dust emission from the saline land at Songnen Plain, Northeastern China. Journal of Environmental Sciences 21, 1363-1370, doi:http://dx.doi.org/10.1016/S1001-0742(08)62427-4 (2009).

Chen, B., Kitagawa, H., Jie, D., Hu, K. & Lim, J. Dust transport from northeastern China inferred from carbon isotopes of atmospheric dust carbonate. Atmos. Environ. 42, 4790-4796, doi:http://dx.doi.org/10.1016/j.atmosenv.2008.01.057 (2008).


研究简介


a)黑碳来源解析

近年来、大气黑碳污染日益引起科学届和公众的关注,今年、联合国环境规划署(UNEP)和世界气象组织(WMO)联合发起黑碳治理规划,作为黑碳治理的一个首要科学问题是准确的排放来源。因此,黑碳排放源研究是气候模型和污染治理的重要内容。目前,黑碳污染源仅能依据排放源清单模型做大致评估,但是排放源清单存在100-500%的误差,急需要有效的观测结果来校正。在自然基金青年项目的支持下,开展了黑碳、OC污染的浓度调查,博士后期间(2010-2012年)学习了热光法黑碳14C13C的分离分析技术,并利用该方法分析了上海、北京、厦门、韩国济州岛等五个采样点的样品,表明中国典型城市黑碳的来源主要是化石燃料(80%),而乡村和背景点地区的化石燃料贡献略低(75%),黑碳的减缓需要重点控制工业燃煤、燃油和冬季采暖等化石燃料排放源。中国化石燃料对黑碳的贡献明显高于印度(大概50%左右),而青藏高原南部的黑碳来源大多是生物质燃烧(大于60%),表明青藏高原南部的冰川退化加剧可能更多受印度污染物的影响,而青藏高原北坡黑碳的化石燃料贡献更高,表明中国北方的大气污染对藏北冰川退化有显著影响。本研究成果发表在EST等期刊上,引起了国际环境组织和政府机构的重视,项目组成员在希拉里-克林顿和瑞典环保局联合举办的“大气黑碳治理”圆桌会议(斯德哥尔摩,清新空气计划政府交流)做了相关报告,结合本研究成果提出了全球黑碳治理和政策导向建议。

 

b)实验室和模式矫正黑碳气溶胶的气候效应

为了直接观测黑碳的吸光增强因子(EMAC),需要将大气颗粒物中黑碳的包裹物(比如硫酸盐、硝酸盐等二次气溶胶)去除,为此,申请人团队近年开始建立AFD系统,用水和有机溶剂两步去除了90%的有机物质和全部的水溶性离子,AFD处理方法得到EC的回收率为~99 %。以汽车尾气(包括柴油汽车尾气样品和隧道汽车尾气样品)作为参考样品来建立AFD方法,汽车尾气样品测得的在678 nm波长的原始MAC数值为5.70±0.67 m2/g,这个测量结果与理论计算的新鲜柴油烟尘MAC数据一致(5.65±0.31 m2/g)。随后将样品使用AFD方法进行处理,去除黑碳包裹物,得到了汽车尾气样品的“纯黑碳”的MAC数值为4.02±0.79 m2/g,这与经典理论计算的“纯黑碳”MAC数值(3.92 m2/g)一致。对比汽车尾气样品的测试数据、理论计算、文献综述中的MAC数值,证明了AFD方法的可行性与合理性。在野外观测的基础上,申请人利用全球气候模式(NASA-GISS)预测了黑碳的吸光增强效应,使模式预测的值更接近全球ARONET观测网的AAOD。文章发表在地学与环境高影响期刊JGREPSTOTEN上面。

 

(c) 受体模式(PMF)解析大气污染来源

正定矩阵因子(PMF)模式是基于观测数据,利用加权最小二乘法拟合以确定最优因子结果的受体模型,已被广泛应用于识别大气颗粒物(PM)来源类别及量化各自贡献,从而有助于制定PM控制措施及相应政策,提高空气质量,尤其在重污染的工业城市区。但是,仅有少量研究应用长期趋势分析以证实减排措施对减轻PM污染水平的有效性。本研究首次在大西洋和地中海之间的门户——西班牙南部地区(直布罗陀海峡)展开了在减排前后长期的PM污染变迁特征的诊断。除了典型的工业和城市排放源,包括西班牙最大的炼油工业(CEPSA)、工业冶炼过程和城市交通,此研究区域还具有其他特殊来源,例如直布罗陀海峡地区的非洲沙尘传输和海上航运等,使得这一地区的大气污染不仅受控于当地的政策实施,同时还受到国际贸易和世界经济的影响。因此,有必要从城市、工业、风沙尘和世界上最繁忙的船舶航运这一复杂的排放源体系中了解大气污染在减缓过程的历史变迁。在西班牙南部地区城市(LL)和工业(PMY)站点于2005-2014年采集的PM10(空气动力学直径≤10 μm的大气颗粒物)样品,通过其化学组分和源指纹进行PM10的来源解析与趋势分析。PM10的浓度在两站点均呈下降趋势,并表现三个明显的污染阶段:1LL2005-2007年)和PMY2005-2009年)两站点的初始PM10浓度接近或超过西班牙及欧盟的年均PM10限值(40 μg/m3);2)随后,PM10迅速下降25% 30 μg/m3 左右(LL2008-2011年,PMY2010-2011年);3)最后,PM10浓度在2012-2014年(LLPMY)逐渐下降至小于30 μg/m3。同时,对各化学组分数据分析得出水溶性离子(硫酸根、硝酸根、铵根、氯离子)、碳质气溶胶和其它主要及痕量无机元素是PM10的主要贡献者,并呈现下降趋势,与PM10的变化趋势相一致。PMF模式识别了7个污染来源,其类别与变化趋势分别为:二次硫酸盐(三个阶段的贡献浓度分别是6.12.42.5 μg/m3, 地壳源 7.05.74.5 μg/m3)和二次硝酸盐(8.75.95.3 μg/m3)呈现显著的下降趋势,与初始值相比下降了40-60%。机动车排放(6.16.15.3 μg/m3)自第一至第三阶段下降了14%。海盐(4.34.44.5 μg/m3)、金属冶炼排放(1.00.50.9 μg/m3)、重油燃烧(4.8 4.04.9 μg/m3)在三个阶段表现出相对稳定的污染水平,尤其是重油燃烧排放自20032011年明显减少, 近年来(-2014年)却相对回升。本研究通过对两个采样点10年内的PM10样品及其化学组分分析,重点研究了PM10来源变化和化学成分的趋势变化,评估了该地区的长期减排防控对逐步改善空气质量的成效。PM10的来源解析及其变迁特征追踪了西班牙南部地区PM污染明显减少的主要驱动因素,结果表明这与过去十年当地实施的减排措施密切相关,并在一定程度上受到金融危机的影响。因此,本研究有关于化学组分和排放来源的长期诊断为大气污染(地方、国内和欧洲)减排策略的有效性提供了直接验证依据,而且此类基于长期观测分析对来源历史变化特征的评估检验和有效的治理措施,可为新兴经济体的重污染地区制定合理的大气污染控制对策提供战略性参考。

 

(d) 沉积物重建黑碳污染历史

太平洋是中国及东亚地区气候变化的关键阀门,近年全球变暖减慢和厄尔尼诺异常被认为与太平洋的热量平衡有密切关系,中国大气污染的主要扩散和沉降区在太平洋地区,气溶胶污染物对太平洋热辐射强迫及其次生气候影响并不清楚,亟需通过观测和模式来评估。华北平原既是东部经济带工业区,也是农业基地,工业和城市燃煤、燃油,农业秸秆等无组织燃烧排放都可能造成严重的黑碳污染和二次气溶胶污染。申请人联合国家海洋局第一所科研人员,在渤海湾、黄海、日本海采集浅层沉积物,分析里面的黑碳和重金属,重建近百年来的大气沉降的黑碳气溶污染浓度,结合重金属和示踪指示,探讨化石燃料和生物质燃烧排放源对黑碳和大气污染的贡献,验证和校准气候模式的预测精度。初步结果发表在Chemosphere上。

 

 (e) 高分辨率大气模式对工业排放污染排放传输的模拟

本研究联合美国NOAA和西班牙维尔瓦大学与西班牙科学院(CSIC)共建“大气污染”实验室,利用大气模型模拟工业排放重金属污染云的传输和扩散,建立了区域空气质量监测和预警的有效低成本方法。研究成果发表到大气科学的主流期刊AE, STOTEN, JGR上,相关结果也作为HYSPLIT模式网页西班牙地区的大气污染网络模型技术参数的一部分(http://www.ciecem.uhu.es/hysplit/index.php)。该研究利用计算机模型建立了空气污染监测、评估和预警的新方法,对管理监控工业大气污染排放具有普遍意义。




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