京津冀区域黑碳气溶胶排放对雾霾及气象的影响研究

In this study, the black carbon aerosol (BC), PM2.5, visibility and meteorological elements will be observed in the typical cities of Beijing-Tianjin-Hebei region. The WRF/Chem on line model that can reflect the feedback mechanism of aerosol meteorological interaction is going to be established. Based on monitor data, the temporal and spatial distribution characteristics of black carbon aerosols, and the relationship between black carbon and haze, visibility, and temperature, humidity. will be studied. Through the using of WRF/Chem model and construction of a number of emission scenarios, the research on the effect of black carbon emissions (industry, power, transportation and other residents) on visibility, temperature and humidity through the feedback effect would be carried on. The role of black carbon to boundary layer meteorology and pollution meteorological conditions were studied. The influence of black carbon aerosol emissions on aggravated air pollution by direct radiation feedback was quantified in different seasons and different pollution levels. The mechanism of the effect of black carbon aerosol emission on regional air pollution aggravated was emphatically studied. The study of this project can be great significance for the continuous improvement and mitigation of air quality in Beijing Tianjin Hebei region. It would also provide scientific basis and decision-making support for relevant policies.

本研究选取京津冀典型城市开展黑碳气溶胶、PM2.5、能见度等要素的观测，同时建立具有可在线反映气溶胶-气象相互作用反馈机制的WRF/Chem数值模型。基于观测数据研究拟开展黑碳气溶胶时空分布特征，黑碳与雾霾、能见度、以及与温度、湿度等因子的关系的研究。基于可反映气溶胶-云相互作用反馈机制的数值模拟系统，通过构建多个排放情景，模拟研究典型黑碳排放（工业、电力、居民、交通等）通过气溶胶反馈作用对能见度、温度、湿度等气象因子的影响。通过黑碳与边界层气象、污染气象条件等的相互影响及作用研究，定量不同季节、不同污染程度下黑碳气溶胶排放通过直接辐射反馈作用对空气污染加剧的影响；重点研究重污染发生时黑碳气溶胶排放对区域雾霾污染加剧的影响机制。通过本项目的研究可为京津冀区域空气质量持续改善和减缓气候变化具有重要意义，也为相关政策的制定提供科学依据和决策支撑。

为研究黑碳（BC）气溶胶排放对雾霾及气象要素的影响，本项目开展了京津冀区域BC气溶胶、PM2.5等污染物、以及气象要素的观测实验，同时建立了反映气溶胶-气象相互作用反馈机制的数值模型。基于观测和数值模式相结合的方法，研究分析了京津冀区域的BC气溶胶时空分布特征，BC与PM2.5等污染物，以及与温度、湿度等气象要素的关系。通过构建不同的排放情景，定量分析了工业、电力、居民、交通典型BC排放通过气溶胶反馈作用对污染、气象因子的影响。在此基础上，本项目对比分析了典型时段中，BC气溶胶在气溶胶辐射反馈作用中，与硫酸盐气溶胶、硝酸盐气溶胶的对污染与气象作用的差异；以及污染减排中，气溶胶辐射反馈对减排效果作用的影响。研究发现，区域BC浓度的变化与PM2.5浓度变化具有相同的趋势，污染浓度随风速的增大而越低，相对湿度越大污染越严重。京津冀区域BC主要来自移动源、居民排放源及工业源，其中北京移动源贡献53%，河北及天津居民排放源分别贡献48%、49%。BC排放降低了区域的短波辐射，特别是在BC污染严重的地区，降低了2 m温度、增加RH2和降低PBLH，改变了地表气象条件，使得导致气象条件向不利于污染物扩散的趋势发展，稳定的气象条件抑制了污染物的扩散增加了BC的浓度。辐射反馈效应使得北京、石家庄、唐山PM2.5浓度分别升高了1.23μg/m3、1.51μg/m3和1.37μg/m3，BC浓度分别升高了0.24μg/m3、0.47μg/m3和 0.31μg/m3。在典型排放源中，交通排放对北京市气象条件变量影响最大，交通源导致SWDOWN大约减少了2.2W/m2,，T2大约减小0.1°C，RH2 大约增加了0.5%，PBLH 大约减小了4.4 m。居民排排放源导致北京SWDOWN大约减少了1.7W/m2，T2大约减小了0.1°C, RH2大约增加了0.3% ，PBLH大约降低了2.7m。工业源使得SWDOWN大约减少1.0 W/m2，RH2大约增加了0.1%，PBLH大约降低了1.3 m。重污染减排措施的实施导致气溶胶辐射反馈作用对气象条件的不利影响在减弱，在污染程度较高的地区，这种减弱作用所造成的影响更大。本项目研究结果可为区域空气质量持续改善和减缓气候变化的相关政策制定提供决策支撑。