长江三角洲典型地区气溶胶收支特征和相互影响的模拟研究

In recent years, as a result of human activities, the aerosol pollution had become increasly serious and widespreaded over Yangtze River Delta (YRD), China, accompaning with high frequency of hazy days and visibility decreasing. The aerosol sources of YRD are complex. Under the unfavorable atmospheric conditions, the combined air pollution is developed, which are composed of emissions from vehicle and industrial fossil fuel burning, photochemical smog, road fugitive dust, construction dust and biomass burning. In addition, because of the long lifetime of fine aerosol particles, the long range transport outside of and within YRD are both crucial. In this project, observation data analysis and numerical simulation will be performed to reveal the seasonal variations and geographic distributions of aerosols in term of their size, chemical compositions, and visibilities, etc. over YRD. The relationship between aerosol pollution and weather conditions will also be investigated. Numerical areosol models will be used to simulate the transport and the quantitative relations between aerosol budget and its concentration in different seasons and typical pollution episodes as well as , the interaction impact over the YRD sub-regions. Observation data will be analysised to evaluate the uncertainties that are associated with aerosol modeling, e.g. sources, wet-removal, transportion and the other budget items. The results will not only help to get better understanding of the complex relations among aerosol budget and its concentrations, distributions, variation, and lifetime in scientific knowledge, but also provide effective strategies for control of aerosol pollution over YRD.

由于人类活动的影响，近年来长江三角洲地区气溶胶污染严重，导致霾天频发，能见度下降，危害人民健康和生活质量。该地区气溶胶来源复杂，在不利的气象条件下，构成了机动车尾气、工业废气、光化学烟雾、道路扬尘和秸秆焚烧等气溶胶的复合污染。此外，由于气溶胶细粒子的寿命较长，区域和城市间的相互输送明显，使得灰霾复合污染的调控更为复杂。本研究拟以资料分析为基础，通过数值模式模拟和敏感性试验，揭示长三角典型地区气溶胶尺度、化学组成及能见度等特征量的变化特征，以及气溶胶污染与天气条件和气象因子的关系；通过模拟典型季节和污染个例，对比研究长三角各典型地区气溶胶浓度和其收支项的定量关系，以及各子地区的相互影响；评估气溶胶模式中，源、湿沉降、输送等在收支分析中的敏感性。本研究结果不仅对认识气溶胶源汇、收支与其浓度分布、变化、寿命之间的复杂关系具有科学意义，也可为长江三角洲地区气溶胶污染源调控对策的制定提供科学依据。

近年来长江三角洲地区气溶胶污染严重，导致霾天频发，能见度下降。由于气溶胶细粒子的寿命较长，区域间的相互输送明显，使得气溶胶污染的调控更为复杂。本研究通过多源资料分析，揭示了30多年来该地区70%以上站点霾发生频数在增加，空气污染是主因；PM2.5和相对湿度是影响能见度变化的主因；长三角霾发生表现为冬春秋季高、夏季低；霾的分布为西高东低并表现为广泛的区域性；热力因子、动力因子以及源排放是霾发生的较好指标。总体而言，长三角城市气溶胶数浓度较高、谱分布呈双峰型（30-40nm和100-200nm），质量浓度谱在次微米和5微米左右有2个峰值，PM2.5、PM10年均值超国家空气质量标准；硫酸根离子、硝酸根离子、铵根离子、钙离子、氯离子、钾离子、钠离子是气溶胶中水溶性离子的主要成分，在PM1.0上水溶性离子质量贡献可达56%，随着尺度增加水溶性离子占比下降（PM1.0-2.5中占50%，PM2.5-10中占20%）；针对气溶胶前体物VOCs的研究发现，烷烃是VOCs的主要组分，烯烃是臭氧形成的主要前体物、芳香烃是SOA的主要前体物；利用受体模型解析了不同风向下VOCs的不同来源。利用地面结合卫星资料分析，揭示了区域污染特征和污染物的垂直分布以及污染类型。在典型污染事件和特定事件期如2013年1月、南京青奥会、春节等开展了加强观测和个例研究。以上研究反映出长三角的气溶胶污染主要是由工业燃烧、机动车尾气、光化学反应、秸秆焚烧等人为活动和过程造成的。采用空气质量模式模拟以及敏感性试验和在线源追踪方法，定量研究了长三角气溶胶和臭氧的来源和形成过程。发现即使发生在静稳天的严重霾时（如2013年1月），上风向的输入贡献仍然较大，安徽、山东、苏北等地区贡献可达50%左右。观测和模拟发现了长三角城市群存在热岛相互影响并导致大气化学过程的改变；源、水平/垂直平流、垂直扩散是区域气溶胶再分布的关键物理过程，源、气溶胶二次形成和湿清除是模式模拟中的较大不确定因子。研究成果应用于空气污染评估业务和社会活动空气质量保障中，为区域大气污染治理和定量调控对策的制定提供科学依据。