气溶胶是大气的重要组成部分,作为空气中的细小颗粒对人体健康造成重大威胁,同时它直接或间接对大气降水、空气中的化学反应、以及区域气候、全球变暖产生影响,因此在大气化学、云和降水物理学、气候学中受到广泛关注。而黑碳气溶胶(BC)作为大气气溶胶中重要的物质组成,在其中占有较大的比重,能够吸收太阳辐射,对降水、气候和区域环境空气质量产生影响。由于它在大气中的独特性质,因此成为大气科学研究领域中重点关注的内容。通过对城市黑碳气溶胶的研究,能够了解浓度变化的时空分布规律,揭示与气象要素的关系,帮助分析武汉市大气环境质量状况,明确黑碳气溶胶的来源,输送路径、特点,同时对地球辐射平衡、局部气候和空气环境质量变化以及人体健康具有重要作用。本文选取武汉市区10个采样点,利用AE-51型黑碳仪采集2015年7月至2016年6月期间的黑碳气溶胶浓度数据,并搜集同期气象资料和污染物数据,运用相关分析、线性回归等数理统计方法和HYSPLIT-4轨迹模型,进行时空分析、建模分析、轨迹模拟以及来源分析,以全面了解武汉市区黑碳气溶胶的浓度分布特征,讨论与主要污染物的同源性,总结它的主要来源、输送特点和方式,并提出相应的环境治理措施和建议。本文的主要研究结论包括:(1)2015年7月～2016年6月武汉市区黑碳气溶胶质量浓度日均值为(3911±2095)ng.m-3,范围在 1135～10742ng.m-3,81%分布在 2000～6000 ng·m-3区间;武汉市一年中黑碳气溶胶质量浓度月均值具有明显规律,呈单峰状分布,对各月黑碳平均质量浓度进行排序,大小关系依次为:1月>12月>2月>10月>3月>5月>11月>4月>9月>8月>6月>7月,其中黑碳气溶胶质量浓度在1月份最高,为(7403±2462)ng.m-3,7月最低,为(2354±768)ng·m-3;季节分布上,武汉市区黑碳气溶胶质量浓度最高值出现在冬季、最低值在夏季,而秋季和春季位于两者之间。同时与国内外城市相比,武汉市区黑碳气溶胶本底浓度处于中等偏下水平。(2)黑碳与PM2.5、PM10、CO、S02、N02呈正相关,与03呈负相关,相关系数分别为 0.863、0.657、0.647、0.518、0.466、-0.366,与 PM2.5、PM10、CO、SO2 等污染物较高的相关性说明武汉市区黑碳气溶胶主要来源是燃料燃烧源和以汽车尾气排放为代表的流动源;同时对黑碳和PM2.5、PM10、CO进行单个建模分析,发现采用三次曲线函数能够较好模拟黑碳与三者之间的数学关系,即拟合度最好;利用多元线性回归分析,可建立黑碳与 PM2.5、PM10、SO2 的回归方程:Y=1493.322+43.623X1-24.505X2+40.12X3。(3)在0.01的水平上,黑碳与温度、能见度、气压显著相关,其相关系数分别为:-0.626、-0.529、0.523。黑碳与温度、能见度、风速线性回归方程为:Y=7744.17-143.87X1-330.38X2+546.613X3。当温度较高、气压较低时,空气对流运动显著,容易形成降水,对黑碳的湿沉降作用增大,导致空气中的黑碳质量浓度较低。(4)武汉市典型黑碳污染事件主要受来自北方空气气团轨迹的影响,经过河南省、河北省等地区,污染物在其控制下易被输送至武汉市;轨迹聚类和浓度计算结果表明冬季轨迹上黑碳平均质量浓度在一年中最高,夏季最低,并且在春秋季受周边源的影响较大,而冬季和夏季污染源主要来自本地。PSCF分析结果显示武汉市PSCF值高于0.6的区域主要集中在湖南省东部与江西省西部交界处、河南省中部以及安徽省等地,即这些区域是武汉市黑碳气溶胶的潜在源区。针对武汉市黑碳气溶胶时空分布规律、污染特征以及来源分析结果,本文提出相应大气环境治理建议:实施区域与本地污染分区管理制度,加强中部地区联防联控协作;减少区域污染物排放量,加强PM10、CO、SO2等污染物监测能力,完善配套治理措施;深入贯彻落实武汉蓝天行动计划,积极开展大气督查和重点行业排污调查工作,落实各项大气治理举措;严格控制市区人口数量,积极开展各类环保教育活动,降低或减少人为活动导致的黑碳排放。