中国大气气溶胶及其气候效应的研究

介绍了2006年新立项的国家重点基础研究发展计划项目“中国大气气溶胶及其气候效应的研究”的目的、意义、关键科学问题等。该项目预期在中国大气气溶胶理化和光学特性的时空分布特征、气溶胶数值模拟及大气灰霾数值预报方法、气溶胶直接—间接辐射特性、气候效应等方面开展系统的研究,从而降低气溶胶气候效应研究中的不确定性,提高气候预估的可信度。同时提高描述和预报区域大气污染的能力。不仅在全球气候变化这一重大科学问题上做出相应的贡献,也为国家环境外交、区域大气灰霾污染控制提供科学支持。     

利用太阳-天空辐射计遥感观测反演北京冬季灰霾气溶胶成分含量

根据气溶胶成分的光学特性,气溶胶可简化为五种成分组成：一类是吸收性的成分,包括黑碳(BC)、吸收性有机碳(BrC)、沙尘(DU);另一类是散射性成分硫酸铵(AS);还有一类是气溶胶中的重要成分——水分(AW)。本文基于太阳-太空辐射计获取的气溶胶微物理特性资料,对北京2013年1月灰霾过程气溶胶中这五种成分的含量进行了定量反演研究。结果表明,灰霾天气下气溶胶中BC,BrC,DU,AS和AW的体积比例为2%,9%,30%,33%和26%,而清洁天气分别为3%,3%,15%,71%和8%。对于质量浓度,灰霾天气下BC,BrC,DU,AS和AW分别是7,35,166,131和73 mg/m2;而清洁天气下分别为4,4,29,78和6 mg/m2,两者的成分比例有显著差别。反演的黑碳质量浓度,以及细粒子的质量浓度分别与黑碳仪的观测和环保部公布的PM2.5的质量浓度具有很好的一致性,相关系数（R2）分别为0.45和0.85。     

灰霾天气对厦门市城市能见度影响问题初探

利用1953年-2006年共54a逐日灰霾天气的地面观测资料,采用统计分析的方法,探讨厦门市灰霾天气的气候特征。结果表明,厦门市出现灰霾日数的年代变化呈逐渐增多的趋势,特别是2000年以来,随着经济发展和人类活动的增加,空气污染日趋严重,灰霾出现日数也呈跳跃式的增长。1990年-2004年灰霾天气出现缓慢增多的趋势,但是这两年来出现灰霾的天数呈跳跃式增多的趋势。厦门市灰霾天气分布呈现明显的季节性,1月、3月和4月是灰霾天气的高发时段,7-9月是灰霾天气的少发时段。厦门市的灰霾天气过程持续性特征不显著,在秋冬季较易出现持续时间较长的灰霾天气过程。     

气象—化学双向耦合模式（WRF-NAQPMS）研制及其在京津冀秋季重霾模拟中的应用

为解析大气污染物与气象的双向反馈机制及其对气象和环境的影响,建立基于Mie散射理论的气溶胶—光学性质模块,研制气象-化学双向耦合器,以嵌套网格空气质量预报模式NAQPMS(Nested Air Quality Prediction Modeling System)为基础,建立了NAQPMS和中尺度气象模式WRF(Weather Research and Forecasting Model)的双向耦合模式(WRF-NAQPMS)。利用此模式数值模拟了2013年9月27日至10月1日的北京-天津-河北地区一次秋季严重灰霾过程。结果表明,考虑气溶胶辐射反馈的双向耦合模式模拟的气象要素和细颗粒物(PM2.5)浓度与观测结果更为一致。灰霾期间,气溶胶直接辐射效应显著改变了边界层气象要素,北京-天津-河北地区地面接收的太阳短波辐射减少25%,2 m高度的温度平均下降1°C,湍流动能下降20%,10 m高度的风速降低超过0.2 m/s,边界层高度下降25%,使得边界层大气更加静稳,进而造成了重污染地区污染进一步加剧,如石家庄近地面细颗粒物浓度增加可达30%。分析表明灰霾与边界层气象要素之间存在一种正反馈机制,采用该机制的双向耦合模式有利于准确模拟和预报灰霾污染过程。     

辽宁中部城市灰霾天气数值模拟

应用NCEP/NCAR再分析资料和MM5模拟分析了2010年冬季辽宁中部城市最严重灰霾天气时天气系统特征。应用CALPUFF模拟灰霾天气和2010年冬季沈阳、辽阳、本溪日平均PM₁₀浓度分布。结果表明：500 hPa位势高度场,辽宁处于弱暖脊的位置。850 hPa位势高度场辽宁受辐散、下沉气流的影响。地面风场上地面风向不一致,多受辐散气流影响。在垂直剖面风场,地面上方有明显的位涡高值上升区,高度较低。在地面至高空的温度廓线低空有明显的逆温、逆温层顶的高度较低。2010年12月19-21日沈阳、辽阳、本溪PM₁₀浓度分布向偏东、西北、东南方向发散,主要受地面风向影响。整个冬季平均PM₁₀浓度分布向偏南方向发散。     

浙江城市区域灰霾天气的长期变化

大气气溶胶污染引起的灰霾天气已成为中国许多城市面临的重要环境问题,了解灰霾天气发生的时空变化特征对于控制气溶胶污染具有重要意义。对浙江省11个城市的灰霾历史数据进行分析,揭示1950年代以来,浙江城市地区灰霾天气发生特征。结果表明,1951—1953年期间和改革开放后的30年是浙江省灰霾天气出现比较频繁的时期,尤其2000年以后是灰霾天气出现最多的时期;1957年到改革开放初期是灰霾天气出现最少的时期。1950年代初期,杭州、温州、衢州是出现灰霾天气最多的地区,改革开放后的1978—1999年期间,随着市场经济和民营经济在浙江的快速发展,湖州、杭州、舟山、金华、温州、衢州等地区灰霾天气出现频率都很高;2000年之后,浙江省各地区灰霾天数都在迅速增加,尤为突出的是湖州、绍兴、杭州、嘉兴等浙北城市,这几个地区在2000—2007年之间的灰霾天数比2000年之前几十年总的灰霾天数还要多,说明近几年浙江省尤其是浙北地区大气环境污染非常令人担忧,控制大气气溶胶污染,改善空气质量,提高大气能见度已是迫在眉睫。     

1961—2008年银川市灰霾天气的气候特征

对1961—2008年银川市灰霾天气日数资料进行分析。结果表明：银川市灰霾天气呈逐渐增加的趋势2,0世纪80年代前为缓慢增加阶段,20世纪后灰霾天气显著增加2,000年后灰霾天气急剧增加。银川市灰霾日数最多为12月,其次为11月,最少为5月,呈现出冬季大于秋季大于春季大于夏季的季节特征。一般情况下,银川市灰霾日数持续1—3d,持续2d及以上的灰霾天气占17%,持续5d及以上的灰霾天气占1%。持续时间较长的灰霾天气集中出现在冬季11月至翌年2月。灰霾天气持续时间与年代际变化有关,2000年前,银川未出现持续5d以上的灰霾天气过程;2000年后,随着灰霾天气日数增多,灰霾持续时间延长。     

2013年1月我国中东部强霾污染的数值模拟和防控对策

利用自主研制的嵌套网格空气质量数值预报模式（NAQPMS）模拟研究2013年1月我国中东部的持续强灰霾天气,初步评估灰霾天气下大气细颗粒物（PM2.5）时空分布特征、传输规律和防控力度．结果表明：这一模式能够合理反映灰霾天气下中东部PM2．5,的时空分布特征和演变规律．发现静稳天气京津冀地区仍旧存在显著的区域输送,并直接造成京津冀地区PM2．5浓度的累积,来自区域外的跨城市群输送对京津冀PM2．5浓度贡献为20％-35％,区域内输送的贡献为26％-35％,两者之和与局地污染源贡献相当．针对这次强霾的控制试验表明,当京津冀周边区域省份污染源不控制,河北、天津和北京的污染物排放需要消减90％,90％和60％以上才能实现京津冀区域PM2．5达标（二级标准）,表明京津冀灰霾污染防控不仅需要重视区域内的联防联控,同时也需要其他城市群的协同控制．气象一大气污染双向反馈机制对强霾的形成也有非常重要影响,可使京津冀部分地区细颗粒物月均浓度增加30％,忽视这种耦合作用会导致模式对重污染期间污染物浓度的低估．     

珠江三角洲典型灰霾天气过程和清洁过程近地层流场的EOF对比分析

利用广东省466个地面自动气象站资料、广州气象站常规气象资料及珠江三角洲4个主要城市的PM 10浓度等资料,通过矢量EOF方法,对选出的珠江三角洲典型灰霾天气过程(2004年1月4~10日)和清洁过程(2005年11月15~21日)的近地层流场进行对比分析。分析表明典型灰霾天气过程第二、三模态有非常明显的日变化特征,受局地中小尺度环流系统影响,污染物局限在当地,出现严重的灰霾天气;而清洁过程与强平流输送有关,主要受大尺度环流系统影响。     

南京地区2013年12月重霾污染事件成因分析

利用2013年12月在南京地区针对气溶胶化学成分及其前体物进行的一个月的强化观测资料,结果发现,期间观测到了两次严重的灰霾污染事件（事件1和事件2）,其PM_2.5的平均浓度分别达到267和150μg/m³。事件1过程中,气团主要起源于长三角及南京地区,天气系统稳定,混合层低矮,空气相对湿热,气溶胶多来自于前体物集聚后的二次转化;事件2过程中,来自华北地区的污染物长距离传输则有显著贡献。事件1中的化学转化机制较为复杂,白天的气相均相氧化以及夜间的非均相或液相转化均对硫酸盐和硝酸盐的二次形成有所贡献;而事件2中则主要为白天均相氧化机制,夜间的化学转化过程不明显。