气溶胶辐射对华北区域性持续重度污染天气影响的模拟研究

Regional sustained severe pollution weather occurs frequently Over North China in recent years.PM2.5 and PM10 may reach up several dozens times of clear air and its radiative heating rate may reach up 20K/day when it occurs. This changes the atmosphere thermaldynamic and dynamic structure and clouds.The model aerosol concentration, update observation data of optical and particles size distribution will be integrated online by inner and outer mixing method and then aerosol direct radiative effect will be achieved in the mesoscale pollution model.At the same time, aerosol indirect radative effect will be also coupled by linking aerosol process and cloud microphysics and then aerosol-radiation-cloud will be completely online integratd in the mesoscale pollution model.Not only the impacts of aerosol on thermaldynamic, dynamical, regional stratification and circulation and clouds and precipitation, but also on the temporal and spacial distribution of PMs during severe polluted weather will be studyed in detail with the model.This study is contributive to understand the physical mechanism of evolution process of North China severe polluted weather. It is also a very good try to improve the PMs, AOD and meterological fields forecasting of mesoscale air polluted model.

近年来，华北区域性持续重度污染天气频发。污染天气发生时，PM2.5、PM10最大可达平时的几十倍，对地气系统的辐射变温率可达20K/day,显著影响区域大气热力、动力和云结构。本项目拟在中尺度污染气象模式中融合气溶胶实时预报浓度、光学特性和粒子谱最新观测数据，建立不同种类气溶胶的外部和内部混合方案，实现复合型气溶胶直接辐射效应的在线计算，完成气溶胶到云微物理过程的间接辐射效应的在线计算，在中尺度污染模式中实现复合型气溶胶-辐射-云过程的完全在线耦合，模拟研究气溶胶辐射对华北区域性持续重度污染天气热力、动力、层结特征、环流、云和降水过程的影响以及由此引起的PM1、PM2.5等时空分布的变化。该研究能够更为深刻、全面地认识华北持续性重度污染天气发生、发展、维持和消亡的物理机制，对于改进中尺度污染模式对重度污染天气PM1、 PM2.5和气象场等的预报精度也是一个有益探索。

本项目在中尺度污染气象模式中融合气溶胶实时预报浓度、光学特性和粒子谱最新观测数据，建立了不同种类气溶胶的外部混合方案，实现了复合型气溶胶直接辐射效应的在线计算，完成了气溶胶到云微物理过程的间接辐射效应的在线计算，在中尺度污染模式中实现了复合型气溶胶-辐射-云过程的完全在线耦合，模拟研究了气溶胶辐射对华北区域性持续重度污染天气热力、动力、层结特征、环流、影响以及由此引起的PM2.5 等时空分布的变化。深入讨论和认识了华北持续性重度污染天气发生、发展、维持和消亡的物理机制，为改进中尺度污染模式对重度污染天气发生时颗粒物、气象场等的预报精度提供了有益参考。. 该项目针对华北重度雾霾污染天气和天气学统计、分析和数值模拟的研究结果显示：北京地区PM2.5浓度和其以南地区的南风具有很好的相关性。地面到800hPa高度是京津冀污染物输送的主要高度, 900hPa附近时污染物最为富集的高度层。在京津冀严重霾天气发生时，北京和河北之间PM2.5的输送是相互的，在不同的时间北京和河北既可以是PM2.5的源也可以是汇。在极端霾污染事件发生时, 河北南部污染物的输送对北京地区 PM2.5 极大值的贡献短时间内有可能达到50%. .重度霾污染发生时气溶胶直接辐射效应冷却地表，加热污染层及以上大气，导致区域大气更加稳定，极大减弱了PBL的湍流扩散作用， 明显降低了边界层高度，对霾污染为正反馈; 同时，直接辐射效应加大了边界层风速，有利于霾的消散，呈现负反馈。二者的综合效应对雾霾呈现正反馈，使得更多的PM2.5积聚在近地面，加重了地面霾污染程度，对霾污染的持续时间基本没有影响。