光化学过程对华北区域臭氧和二次气溶胶形成的影响

In view of the hot issues in interactions between air pollution and weather/climate, this project will focus on the impacts of photochemical processing on regional ozone and secondary aerosols over North China (NC). Spatio-temporal features of photochemical pollutants and haze over NC will be studied by observing and modeling. Intensive observation campaigns will be conducted during summer and fall in the NC region. Photochemical products and their precursors, photolysis rates, sized-resolved aerosol compositions, aerosol hygroscopic and scattering/absorbing properties, etc., will be measured from the ground and airborne platforms. Satellite measurements of related atmospheric species will be integrated into the observational dataset. Besides observation-based analysis, simulation studies will be done using box and 3D atmospheric chemistry models. Some key aspects will be addressed, including impacts of photochemistry on atmospheric oxidation capacity and the formation of ozone and secondary aerosols, physicochemical and optical properties of aerosols, and gas-particle transformation of organics. It is aimed to gain more insight into the characteristics of photochemical pollution over NC and the influences of atmospheric photochemistry on the haze formation through atmospheric oxidation capacity and gas-particle transformation. The results can be of help to understand the role of atmospheric photochemistry in regional haze formation and to evaluate the connection between photochemical pollution and hazy weather.

针对当前关注的大气污染与天气气候相互作用的热点问题，选择光化学过程对华北区域性臭氧和二次气溶胶形成的影响为研究主题。通过开展综合性立体观测实验，并结合箱模式和三维区域大气化学模式模拟手段，研究华北区域夏秋季节光化学污染和霾污染的时空特征；分析光化学过程对大气氧化性的影响；探讨高大气氧化性条件下华北地区有机物气-粒转化机制，研究二次气溶胶对气溶胶的亲水及光学特性的影响；评估光化学过程对臭氧、二次气溶胶及霾污染形成的影响。通过观测、模拟和分析相结合的研究，系统认识华北区域性光化学污染主要特征；揭示大气光化学过程通过影响大气氧化特性和气态前体物气粒转化对华北区域性霾污染形成的影响机制。研究结果有助于掌握华北区域光化学和霾污染现状，理解光化学过程对区域性霾形成的作用机制，为评估光化学污染-霾天气的联系提供依据。

本项目按照研究计划，选择华北地区光化学过程对臭氧和二次气溶胶的影响为主题。项目主要通过华北区域多点同步观测和在河北中部的综合性立体观测掌握该地区光化学和霾污染的时空特征；通过观测资料分析研究光化学相关大气成分变化与气象等因素的密切关系，研究光化学过程及气象因子通过气溶胶组成变化对其物理特性的影响；通过结合观测的模式模拟分析研究华北区域光化学污染的程度、主要影响过程及敏感区。项目还将主要光化学污染物时空变化的分析研究扩展到我国其他代表性区域。.经过项目组及合作者共同努力，我们成功组织实施了多点联合观测和综合立体观测，并开展了数据分析和模拟研究。项目取得了以下成绩：（1）获取了华北地区多站点主要污染物2年同步观测资料、华北中部饶阳站夏季光化学相关气态污染物浓度和冬夏两季气溶胶组分及物理特性观测资料、我国其他区域代表性站点O3长期观测资料；（2）报道了首次同步获得的华北农村低对流层O3、气溶胶黑碳和数浓度垂直廓线并揭示了其日变化特征；（3）评估揭示了华北平原近地面及低对流层O3长期变化趋势；（4）发现并成功解释了夜间对流天气对地面O3的抬升效应；（5）掌握表征了不同季节华北站点PAN浓度水平与变化特征、华北农村夏季甲醛浓度变化特征与源汇估算以及华北农村对流层大气NO2和SO2含量变化；（6）揭示了冬夏季其他家散射系数和吸湿增长与气溶胶污染水平、组成及其粒径分布的关系；（7）改进了气溶胶散射相函数获取方法；（8）初步量化了华北地区气溶胶对光解系数和O3浓度的影响；（9）取得了我国不同本底区域地面O3长期趋势及其空间差异；（10）深入探讨了华北平原不同光化学污染过程下O3生成敏感区和O3生成效率。本项目所获数据资料对我国光化学污染评估和模式验证与改进具有重要价值，所获研究结果和知识有助于深入认识我国光化学污染态势及其与气溶胶污染、气象条件等的复杂关系。项目主要成果已经以论文形式发表并支持了决策服务和科普工作。