区域下垫面性质变化对我国东部地区空气质量的影响

The severe haze problem over Eastern China (EC) is synthetically determined by local air pollution emissions, multiphase chemical mechanism, regional climatic conditions and earth surface properties. This research project aims to study the effects of earth surface property changes on the regional climate and air quality over EC. We will first improve the haze simulation in the state-of–the-science regional climate model by both explicitly solving the multiphase chemistry and enhancing the coupling of the microphysical processes of aerosols and cloud. Then we will further examine how the changes in morphology of roughness elements, physical properties (e.g., radiative, thermal, hydrological), and spatial pattern of land use would impact the meteorological conditions and air pollution levels over EC, using multiple diagnostic approaches, including tracer tagging, sensitivity test, process analysis and so on. Meanwhile, earth system model will be utilized to study the response of climatic conditions and air quality over EC to the regional anomaly and large-scale oscillation of sea surface temperature. In addition, the evolution of climate and air quality over EC under different future scenarios of greenhouse gases levels and land use changes will be compared and analyzed. The findings of this study will help to improve China’s policymaking on both near to long-term land use planning and air pollution mitigation.

我国东部地区频发的大范围雾霾事件，不仅与污染源排放有关，还受到污染物的微观物理化学过程、当地气候以及下垫面类型的影响。本项目的目标是在深入探讨相关科学问题的基础上，系统分析下垫面性质变化影响区域气候及空气污染的现象及机制。研究中将进一步完善气候与化学耦合模型中污染物多相理化机制模拟，并根据观测资料，深化气溶胶-云微物理过程的耦合，提高雾霾过程的模拟精度。在此基础上，利用污染物示踪、敏感性实验和过程诊断分析等技术，探讨陆地下垫面结构、物理性质参数、以及土地利用空间配置的变化对大气复合污染及相关气象条件的影响。同时，利用地球气候系统模型研究区域海表温度异常和大尺度海表温度波动下我国东部地区空气质量及相关气候条件的响应。并以此进一步评估未来不同温室气体浓度以及下垫面变化的情景下我国东部地区大气污染的演化规律。相关研究成果可为我国规划近期和中长期土地利用及大气污染防控政策提供决策依据。

近年来，随着我国城市化的进程和“一带一路”等发展战略的实施，我国陆地下垫面性质发生了巨大的变化。土地利用类型的变化对大气环境产生了重要的影响。与此同时，海洋表面的变化对陆地大气环境也具有不容忽视的影响。本课题围绕海洋与陆地下垫面的性质变化引起的大气环境的污染情况，从以下几个方面展开了相关研究，并取得了创新性的研究成果：.1）方法学创新.引入了高分辨率模拟、全物种示踪技术等多种新型研究方法，完善了区域气候与化学耦合模型中多相微观理化过程的模拟，同时还建立了区域臭氧浓度的预测模型等若干模型方法，为区域大气污染的模拟及预测提供了全新的技术手段。.2）科学发现.本课题的核心发现主要包括：揭示了城市复杂下垫面条件下污染物的扩散和分布规律，发现我国东部地区城市化扩张对臭氧污染物的潜在贡献；分析了气候变化对我国大气污染的生成和传输过程产生的影响，发现北半球不同海域的海温变动对我国空气质量的影响具有很大的时空异质性；讨论了我国不同下垫面条件下环境经济政策对大气污染来源的影响，厘清了我国环境税收政策的主要产业作用位点及其有效程度等。.3）决策支持.本课题针对近年来我国的产业转型，以及近年来投入实施的各类环境税法政策进行了情景模拟和效益评估，讨论了各种污染控制情景下我国不同下垫面大气污染分布的变化规律和响应程度，为未来的政策制定提供了有力的数据支持。.本课题的相关成果不仅揭示了陆地、海洋的下垫面特征与大气污染之间存在的密切联系，而且在探讨相关大气污染控制政策效益的基础上，为进一步制定更为合理的环境政策提供了理论依据。