基于高精分辨卫星地表资料研究珠三角BVOCs排放对臭氧的影响

Due to the large amount of emissions and strong chemical reactivity, biogenic volatile organic carbons (BVOCs) play important roles in photochemical ozone (O3) formation. In the past decades, the land cover of Pearl River Delta (PRD) region has varied a lot. On one hand, the vegetation cover is of increasing which would result in more BVOCs emissions (The direct effect of land cover variation). On the other hand, the expansion of urban would influence the atmosphere-surface energy exchange, causing variations of atmospheric temperature, therefore affecting the discharge of BVOCs (The indirect effect of land cover variation). At present, the inconsistency of land-surface parameters in numerical models could result in errors when simulating O3 formations. Thus, the project aims to establish a reliable database of land-surface parameters including land cover data, plant functional type, and leaf area index. By coupling the “WRF-MEGAN-CMAQ” model system with MODIS data, we would explore the impact BVOCs emissions on O3 formation, namely, calculating BVOCs emissions caused by the direct and indirect effect; evaluating ozone formation and analyzing ozone difference caused by the concerning effects; quantifying the overall contribution to ozone formation by BVOCs emissions in PRD. Last but not least, this project could improve our knowledge on photochemical O3 pollution and provide scientific support for O3 pollution control in PRD.

BVOC的排放量大、化学活性强，在臭氧的光化学反应中扮演重要角色。过去数年里，珠三角下垫面发生了显著变化：一方面，地表植被覆盖的增多会直接影响BVOC的排放（直接作用）；另一方面，地表城市化扩张会影响地气能量交换，引起温度变化，从而影响植被的BVOC排放（间接作用）。目前，大部分数值模式因地表参数老旧而无法准确量化BVOC排放，导致对臭氧的模拟和认识存在偏差。本项目旨在基于MODIS卫星反演建立一套可靠的地表参数库，包括土地覆盖类型，植物类别和叶面积指数，实现对模式地表的准确描述；发展“生物源—大气化学”模式与MODIS卫星资料耦合的模式系统，核算地表变化的直接作用和间接作用引起的BVOC排放，评估两种作用的BVOC排放对臭氧生成影响，对比、分析两种作用下臭氧浓度差异，最终量化珠三角地区生物源对臭氧的生成贡献。本项目有助于推进对臭氧光化学污染的认识，为政府减排施策提供科学支撑。

BVOC的排放量大、化学活性强，在臭氧的光化学反应中扮演重要角色。受气候变化和退耕还林的影响，过去数年里珠三角地表植被显著增多，由此导致BVOC的排放增多从而影响臭氧浓度水平。目前，大部分数值模式因地表参数老旧而无法准确量化BVOC排放，导致对臭氧的模拟和认识存在偏差。本项目基于MODIS卫星反演建立了一套可靠的地表参数库，包括土地覆盖类型，植物类别和叶面积指数，实现对模式地表的准确描述；发展了“生物源—大气化学”模式与MODIS卫星资料耦合的模式系统，探索了珠三角地区生物源对臭氧污染的影响。.本研究构建了中国东部地区2001年至2019年间水平分辨率为12kmx12km的生物源BVOCs排放清单，清单数据显示，珠三角地区夏季异戊二烯排放年均增长为1.62%/yr，19年比01年多31.5%。由此引起的广东省臭氧浓度水平平均上升了4.2ppb，最大增幅可达36ppb。基于本项目优化的“生物源—大气化学”模式计算得到，生物源对珠三角臭氧的夏季的平均贡献约为16.9%，而在典型污染天气形势下，该贡献会升高，如台风影响下为26.6%。最后，本项目揭示了台风外围天气条件下，植被受气象条件影响而加剧BVOCs排放，导致与下风向城市群人为源交互作用从而加剧臭氧污染的机理。