中国大气污染物对云和辐射的影响及其气候效应研究

The emissions of global air pollutants have increased significantly due to the aggravation of human activities since the industrial era. China has already become one of the most polluted regions in the world. However, there are still large uncertainties about the effects of air pollutants (i.g., atmospheric aerosols and tropospheric ozone) on radiation, cloud, precipitation, and atmospheric circulation in China and its typical pollutant areas. In this proposal, we will 1) explore the effects of aerosols in Hua-Bei area and Yangtze River Delta on cloud microphysics and optical properties by using multi-source and multi-channel satellite dataset; 2) quantitatively evaluate the effects of aerosols on ultraviolet radiation, and thus formation of ground-level ozone in these areas by using radiative transfer model and the chemical mechanism model; 3) build and develop the atmospheric chemistry-climate online coupled model of pollutants; and 4) investigate both effects and responses of concentration changes of air pollutants on temperature, radiation, clouds and precipitation, and atmospheric circulation in different regions of China, especially in North China, Yangtze River Delta, Pearl River Delta and Sichuan basin etc., in the past and future by using the model, and quantitatively estimate the Effective Radiative Forcing (ERF) of interactions of pollutants and radiation and pollutants and clouds, respectively. The objective of this project is to obtain a better understanding on the interaction among pollutants, radiation, cloud and their effects on the climate in China and its typical pollutant areas, and provide scientific references for China government to make policies of protecting environment and mitigate climate change.

自工业革命以来，人类活动的加剧造成污染物排放显著增加。中国已成为全球污染物排放最高的地区之一，但是大气污染物（如：大气气溶胶和对流层臭氧）对中国及其典型地区辐射、云与降水、大气环流影响与反馈的研究还存在很大不确定性。本项目将1）采用多源多通道卫星资料探索华北和长三角地区气溶胶对云的微物理和光学属性的影响；2）利用辐射传输模式结合化学机理模式定量评估气溶胶对紫外辐射和近地面臭氧生成的影响；3）研制和发展污染物大气化学-气候双向耦合模式；4）利用该模式研究过去和未来主要污染物浓度的变化对中国及其典型污染地区（华北、长三角、珠三角和四川盆地等）的温度、辐射、云与降水和大气环流的影响与反馈，定量评估污染物与辐射、污染物与云相互作用的有效辐射强迫。本项目对于认识中国及其典型地区污染物与云及辐射的相互作用机理及其气候效应具有重要的意义，为中国政府制定保护环境和减缓气候变化的政策提供科学依据。

中国已成为全球污染物排放最高的地区之一，但是大气污染物（如：大气气溶胶和对流层臭氧）对中国及其典型地区辐射、云与降水、大气环流影响与反馈的研究还存在很大不确定性。本项采用多源卫星资料探索华北和长三角地区气溶胶对云的微物理和光学属性的影响；利用辐射传输模式结合化学机理模式定量评估气溶胶对紫外辐射和近地面臭氧生成的影响；研制和发展污染物大气化学-气候双向耦合模式；利用该模式研究过去和未来主要污染物浓度的变化对中国及其典型污染地区的温度、辐射、云与降水和大气环流的影响与反馈，定量评估污染物与辐射、污染物与云相互作用的有效辐射强迫。研究发现，工业革命以来，中国地区人为PM2.5的平均浓度增加约3.58 μg m-3，主要集中分布在中国的中部地区大部分城市，并造成中国冬季环流形式不利于降水，导致降水量呈现全国性减少趋势，而夏季华南地区的降水则是稍有增加；在中国地区清洁大气和轻度污染状况下，近地面O3含量有所增加，而在中度和重度污染情况下，气溶胶使O3含量减少；到2050年，适度减排可使中国地区人为排放的PM2.5减少超过10.0 mg m-2，但同时会造成中国东北地区大约2℃的升温。与此同时，部分气候事件也会对污染物的发生发展和持续时间产生影响。如东部型厄尔尼诺事件造成中国南方地区重霾污染天数平均增加2.5天，而中部型事件则造成平均减少0.5天；东部型厄尔尼诺事件发生的冬季，京津冀地区霾日数普遍增长，而中部型厄尔尼诺发生的冬季，同地区霾日数出现相反的变化特征。在全球变暖的背景下，中国东北部地区PM2.5柱浓度减少超过2.0 mg m-2，而在华北和四川盆地，总的人为PM2.5柱浓度增加约为0.6 mg m-2。本项目研制的污染物大气化学-气候双向耦合模式系统BCC_AGCM_CUACE2.0对各类气溶胶和臭氧均有理想的模拟能力，是未来探索污染物的辐射强迫和气候效应的有力工具。项目研究成果对于认识中国及其典型地区污染物与云及辐射的相互作用机理及其气候效应具有重要的意义，为中国政府制定保护环境和减缓气候变化的政策提供科学依据。