我国高时空分辨率在线耦合氨排放模拟研究

As one of the most important alkaline gases in the atmosphere, gaseous ammonia is closely connected to acid deposition as well as fine particle pollution. However, existing global and regional chemical transport models using existing ammonia emission inventories greatly underestimate the observed ammonia concentration, which may lead to large uncertainties in the simulation of secondary aerosol considering the fact that ambient ammonia plays a crucial role in secondary aerosol formation. Therefore, this work will aim to evaluate existing ammonia emission inventories based on high-resolution measurements on gaseous ammonia and particulate ammonium, identify key factors that influencing emission intensity, and eventually develop an online-coupled ammonia emission module in numerical forecast model WRF-Chem. This module is able to estimate ammonia emission rate according to meteorological conditions and improve the model performance of aerosol simulation. This work could shed more light on secondary aerosol formation in the atmosphere and provide more information on air pollution control in China.

氨是大气环境中最为重要的碱性气体，与酸沉降和大气细颗粒物污染息息相关。目前全球及区域化学传输模式模拟所使用的离线月度排放清单对于氨气浓度的模拟存在显著偏差，鉴于氨在大气中二次无机盐气溶胶形成中的重要作用，这些偏差毫无疑问将进一步影响当前空气质量模式对于二次气溶胶的模拟。因此，本项目拟基于不断完善的大气痕量气体及气溶胶成分的观测所积累的高质量数据，评估我国现有氨排放清单在我国东部典型地区的准确性，确定关键影响因子并有针对性地对目前广泛应用的、由申请人所发展的高分辨率排放清单进行改进，在此基础上发展一套气象-氨排放-化学耦合的在线氨排放模块，在模式模拟过程中可实时计算当时气象条件下的氨排放强度，改进当前空气质量模式对于大气污染相关过程的模拟，从而提升对大气二次气溶胶生成机制等基础性科学问题的认识并支撑大气复合污染防治的科学决策。

氨是大气环境中最为重要的碱性气体，与酸雨、氮沉降和空气污染息息相关。大气中的氨源自于农业生产活动、生物质燃烧、人类排泄物、化工产业、废弃物处理，此外工业脱硝和机动车尾气也会向大气中排放一定量的氨。氨排放及其环境和生态效应在我国问题尤为突出，对氨排放的准确刻画有利于提升对区域氮循环、酸沉降以及二次无机气溶胶等问题的科学认知。本项目基于南京大学地球系统区域过程观测试验基地SORPES站大气痕量气体及气溶胶成分的观测所积累的高质量数据，评估我国现有氨排放清单在我国东部典型地区的准确性，确定关键影响因子并有针对性的对已有清单进行改进，在此基础上发展一套气象-氨排放-化学耦合的在线氨排放模块，在模式模拟过程中可实时计算当时气象条件下的氨排放强度，改进当前空气质量模式对于相关过程的模拟，从而提升对于大气二次气溶胶生成机制等基础性科学问题认识并在理论上支撑大气复合污染防治科学决策。在高分辨率氨排放模式开发及相关的空气质量模拟研究方向上，项目在Geophysical Research Letters、Environmental Science & Technology Letters、 Atmospheric Environment和Journal of Geophysical Research: Atmospheres等大气科学和环境科学主流期刊上共发表论文5篇。项目在大气氨的观测和数值模式上培养博士和硕士研究生共计3人。项目开发了在线耦合的氨排放模快代码一套，可与多套空气质量模式或者气候模式耦合，目前相关技术文档已发表，代码也在通用的数据库公开（https://doi.org/10.5281/zenodo.7134286）。综上，本项目已完成既定研究目标，成果整理和模式优化的工作也在进一步的完善中，基于本项目所发展的计算模块目前正在和多个通用的全球和区域模式耦合，有望基于此技术的发展产出更具有国际影响力的科学研究成果。