气溶胶与边界层相互作用及其对近地面大气污染的影响研究

By scattering and absorption of sunlight, aerosols significantly alter surface fluxes and atmospheric adiabatic heating. Aerosols exert strong influences on the characteristics of planetary boundary layer (PBL), atmospheric thermodynamic stability, and thus affect surface atmosphere pollution level. This study aims to (1) obtain the PBL features, aerosol radiative properties, atmospheric adiabatic heating rate and surface fluxes and use them to analyze the spatio-temporal characteristics of PBL for typical heavy pollution episodes; (2) to obtain aerosol size distribution, aerosol scattering coefficient and its hygroscopic growth under heavy polluted conditions; (3) to investigate the relationship between light-absorbing aerosols, PBL and temperature inversion layer under different weather and pollution regimes using the WRF-Chem model; (4) to analyze the interaction between different types of aerosol and PBL under different weather regimes. The improved fundamental understanding of aerosol-PBL-weather interactions helps improve the prediction and management of heavy pollution events. The data and knowledge obtained from this project will play a significant role in providing scientific support for making sound policies for controlling air pollution. The study will take a full advantage of the experiences, knowledge, expertise and facilities built up from many years of studies on aerosol, radiation, cloud and climate of our team. Major breakthroughs are anticipated to help combat the air pollution problem.

气溶胶通过反射和吸收太阳辐射可显著改变地表热通量和大气热力结构，进而影响大气稳定度、边界层演变和近地面大气污染物传输。本项目通过综合利用地面、飞机和卫星一体化综合观测、资料分析和模式模拟，（1）获得高时空分辨的边界层高度、逆温层、气溶胶消光系数、辐射加热率和地表通量等各种边界层参数，形成一套气溶胶理化特征和边界层特性综合观测数据集；（2）分析典型大气重污染过程边界层结构特征和时空变化及气溶胶粒径谱，消光系数和吸湿增长特性；（3）研究气溶胶特性与边界层高度、逆温层厚度之间的关系，探讨吸收性气溶胶对持续性大气污染的影响机制；（4）了解不同天气系统和气溶胶特性如何共同影响重大大气污染过程，为预报和治理大气污染综提供科学支持。本研究充分利用团队多年来在气溶胶、辐射、云和气候方面的研究经验和成果、人才储备和观测设备优势，有望在短期内取得重大突破，为解决我国严重污染问题献计献策。

气溶胶通过反射和吸收太阳辐射可显著改变地表热通量和大气热力结构，进而影响大气稳定度、边界层演变和近地面大气污染物传输。气溶胶辐射效应和微物理效应共同影响云和降水，降水影响污染物的湿清除，进而影响地面污染浓度。通过综合利用地面、飞机和卫星一体化综合观测、资料分析和模式模拟，我们.（1）获得了高时空分辨的边界层高度、逆温层、气溶胶消光系数、理化特征、辐射加热率和地表通量等综合观测数据集；.（2）分析了典型大气重污染过程边界层结构特征和时空变化特征；.（3）研究了气溶胶特性与边界层高度、逆温层厚度之间的关系，吸收性气溶胶对持续性大气污染的影响机制；.（4）研究了气溶胶特性对云、降雨在不同天气系统下的相互作用及其如何共同影响重大大气污染过程，为预报和治理大气污染提供科学支持。.主要成就：.（1）观测试验：在北京和广州开展了为期32个月的综合观测试验。获得了连续、完整、高精度的气溶胶、大气、云和地面参数。研发了一整套大气综合观测技术，观测技术水平达到国际一流。发展了一整套用创新卫星估算气溶胶光学厚度和细颗粒物浓度的算法和产品。.（2）研究发现在不同条件下，气溶胶和边界层相互作用的强度，显著性，甚至正负性都有很大幅变化，它们的相互作用也显著改变地面污染物浓度、持续时间、云和降水甚至雷暴等特性。这些发现都有助于污染监测和预报。.（3）在许多相关研究领域取得创新性研究成果，共发表SCI论文46篇，文章被引用1335次，平均引用30。文章全部在国际顶端（Top）刊物发表。3篇被引100多次。项目首席连续多年荣列地球、环境科学领域“高被引中国学者”。.（4）培养10多名博士研究生，多人成为高端观测技术方面的稀缺人才，获得多项科研或人才奖如“李小文遥感青年奖”等。.本项目对人才培养、观测技术研发和科研创新等方面都有较大贡献。