长三角城市细颗粒物和臭氧的垂直分布、理化耦合及其天气效应

Fine particulate matter and ozone are the major air pollutants for urban complex pollution as well as the important short life radiative forcing species. Air pollution, as exemplified by fine particulate matter and ozone is increasingly serious in Yangtze River Delta region in the process of rapid urbanization and industrialization. However, the vertical structure and coupling process as well as their impact on urban meteorology is not clear. Taking Nanjing as an example, the project is going to carry out intense experiments with modern monitoring technique , clarify the vertical distribution of concentration, composition and optical parameters of fine particulate matter and ozone, reveal interactional manifestations and coupling mechanisms of fine particulate matter and ozone, develop of atmospheric multiphase chemistry - aerosol - radiation multi-process coupling model, analyze interactional physical and chemical processes of fine particulate matter and ozone, quantify the radiative effect of fine particles and ozone. The project has important scientific significance for understanding the vertical distribution and chemical coupling mechanisms of urban fine particulate matter and ozone, and has significant practical value in the cooperative control of complex air pollution.

细颗粒物和臭氧是城市大气复合污染的主要成分，也是重要的短寿命辐射活性物种, 其垂直分布和相互作用对城市气象具有重要影响。在快速城市化和工业化的长三角地区，以细颗粒物和臭氧成为特征的大气污染日益突出，其物理/化学/光学特性的垂直结构、耦合机理及其对城市气象的影响还不清楚。本项目以南京为例，通过开展强化观测，采用多种先进探测手段，弄清臭氧和细颗粒物浓度、成分和光学参数的垂直分布特征；发展一维气溶胶-辐射-大气化学多过程耦合模式，分析细颗粒物和臭氧耦合的物理化学过程及其对垂直结构的影响，揭示细颗粒物和臭氧相互作用的基本规律；模拟城市细颗粒物和臭氧的三维结构，量化臭氧和细颗粒物的辐射效应，评估对细颗粒物和臭氧对城市热岛、降水和雾霾等天气的影响及其反馈作用。本项目的实施将加深对长三角城市细颗粒物和臭氧的垂直结构、耦合机理和天气效应的科学认识，在大气污染控制和灾害气象应对方面具有重要的应用价值。

细颗粒物和臭氧是城市大气复合污染的主要成分，也是重要的短寿命辐射活性物种，其垂直分布和相互作用对城市气象具有重要影响。在快速城市化和工业化的长三角地区，以细颗粒物和臭氧成为特征的大气污染日益突出，其物理/化学/光学特性的垂直结构、耦合机理及其对城市气象的影响还不清楚。. 本项目围绕长三角典型城市大气细颗粒物和臭氧的垂直结构及其相互作用规律、大气细颗粒物和臭氧的多过程耦合机理、细颗粒物和臭氧对城市气象要素的影响等科学问题展开工作，并取得以下研究成果：. （1）以南京市为长三角典型城市开展强化观测，采用多种先进探测手段（地面超站、无人机、铁塔梯度观测、高楼分层采样和激光雷达等），弄清了臭氧和细颗粒物浓度、成分和光学参数的垂直分布特征及其相互作用规律。垂直观测研究发现，O3与气溶胶消光系数在近地面为负相关，在边界层以上为正相关，这可能与气溶胶的辐射反馈作用有关。. （2）发展了一维气溶胶-辐射-大气化学耦合模式，改进了WRF-Chem新一代气象化学模式在气溶胶-辐射（云）-大气化学耦合过程方面的模拟能力，揭示了细颗粒物和臭氧相互影响的表现形式和作用机理。基于零维和三维模式模拟均发现，颗粒物-辐射-臭氧之间存在负反馈机制，颗粒物辐射效应造成地面O3浓度下降，而某些重污染过程（如沙尘）下颗粒物表面非均相反应也是造成O3浓度降低的重要原因。. （3）模拟城市细颗粒物和臭氧的三维结构，量化臭氧和细颗粒物的辐射效应，评估细颗粒物和臭氧对城市热岛、降水和雾霾等天气的影响及其反馈作用。研究发现城区中集聚的细颗粒物削弱了城市热岛强度，在极端条件下甚至转变为城市冷岛；气溶胶在适当的浓度下可以促进对流云降水。. 本项目的实施将加深对长三角城市细颗粒物和臭氧的垂直结构、耦合机理和天气效应的科学认识，在大气污染控制和灾害气象应对方面具有重要的应用价值。