华北地区大气化学/气溶胶-辐射-气象相互作用机制及其对大气复合污染的影响

Air pollution complex in China is serious now, the north China Plain is one of the most severe air pollution regions, however, the causes for air pollution complex, especially the interaction between atmospheric physical and chemical processes are still not well known. Uncertainty in aerosol optical property is an important issue and a key point in exploring aerosol-radiation-meteorology interaction. The proposed project is aimed to investigate aerosol size distribution, chemical composition, mixing state, hygroscopic growth, optical property and its affecting factors through integrated field experiment and analysis of ground and satellite observations. Based on above data and analysis results, an online coupled atmospheric chemistry/aerosol-radiation-meteorology model is developed and applied to explore feedback mechanism among aerosol-radiation-meteorology and its effects on meteorological variables and aerosols, to quantify relative contribution to mass concentration of total aerosols and each aerosol component from atmospheric physical and chemical processes. This study will provide valuable scientific information for further understanding the causes and weather/climate impacts of air pollution complex.

目前我国大气复合污染形势严峻，华北地区是重污染地区之一，而复合污染的成因，特别是其中大气物理和大气化学的相互作用机制仍不清楚。大气气溶胶光学性质的不确定性是目前面临的难点也是气溶胶-辐射-气象反馈机制研究中的关键。本项目拟通过外场综合观测试验、地基和卫星资料分析，了解该地区冬季气溶胶的粒子谱分布、化学组成、混合状态、吸湿增长规律和气溶胶光学特性及其影响因子；基于上述观测和分析结果发展并运用大气化学/气溶胶-气候耦合模式研究并揭示气溶胶-辐射-气象反馈机制及其对气象要素和气溶胶的影响，量化其中的大气物理过程和化学过程对气溶胶总浓度和各化学组分的相对贡献；为进一步认识复合污染成因及其天气/气候效应提供科学依据。

我国大气复合污染形势严峻，华北地区是重污染地区之一，而大气复合污染的成因，特别是其中大气物理和大气化学的相互作用机制仍不清楚。本项目在北京冬季连续开展了外场综合观测试验，研究了该地区冬季气溶胶的粒子谱分布、化学组成、混合状态、吸湿增长规律和气溶胶光学特性及其影响因子，发展并运用大气化学/气溶胶-气候耦合模式研究了气溶胶-辐射-气象相互作用机制及其对气象要素和气溶胶的影响，量化该机制中各物理和化学过程对气溶胶浓度变化的相对贡献。研究发现重霾期间气溶胶的辐射效应及其反馈机制可以使近地面气温下降，相对湿度增加，风速减小，边界层高度降低，使华北地区平均PM2.5浓度增加39%，气溶胶辐射反馈可通过减弱湍流扩散、增强化学反应和增加区域输送促进气溶胶浓度的增加从而加剧霾污染。本项目揭示了气溶胶辐射反馈机制对华北地区霾污染的重要影响，对气溶胶-辐射-气象相互作用机制提出了新认识，对深入了解我国大气复合污染成因及其天气/气候效应有重要的科学意义。