应用双向耦合的WRF-CMAQ模式结合多平台观测研究长江三角洲重度灰霾形成机制

Haze pollution in China is a serious environmental problem that can affect air quality, regional and global climates and human health. This especially true for more frequency of heavy haze events over the three major economic regions (Beijing-Tianjin-Hebei, the Yangtze River Delta and the Pearl River Delta regions) and six city agglomerations (central Liaoning, Shandong Peninsula, Wuhan and its surrounding, Changsha-Zhuzhou-Xiangtan, Cheng Yu Chengdu-Chongqing, West side of Taiwan Strait) in China. In this project, we use the two-way coupled Weather Research and Forecasting-Community Multiscale Air Quality (WRF-CMAQ) model newly-developed by the applicant and multi-platform observations to study severe haze formation mechanism over the Yangtze River Delta. We propose to study: (1) characteristics of regional severe haze (The severe haze events are defined as the periods with PM2.5 concentration > 150 μg/m3 in this study) including physical and chemical properties of PM2.5 (mainly particle size distribution, chemical composition and their concentrations) and features of the gas precursors; (2) the key precursors and the key chemical mechanisms for PM2.5 formation; (3) the contribution of the haze-boundary layer feedback mechanisms to the formation of heavy haze and (4) contribution of different source groups and regions to PM2.5 formation. Finally, the strategy for scientifically and effectively controlling the heavy haze over Yangtze River Delta will be proposed. In this study, we will focus on the results at the four main cities (Shanghai, Hangzhou, Nanjing, Hefei) over the Yangtze River Delta and the study period is from 2013 to 2018.

我国的灰霾污染是一个影响空气质量、区域和全球气候以及人类健康的严峻环境问题，突出表现在京津冀、长三角和珠三角三大区域以及辽宁中部、山东半岛、武汉及其周边、长株潭、成渝、台湾海峡西岸六大城市群重度雾霾现象频发。本项目应用申请人在美国环保署（US EPA）最新研发同时考虑气溶胶直接及间接辐射反馈的双向耦合WRF-CMAQ模式结合多平台外场观测研究（1）长三角地区典型区域重度灰霾（指PM2.5＞150μg/m3）颗粒物中各组分的物理化学性质（主要为PM2.5的粒径分布、化学组成和浓度）及气态污染物特征； （2）PM2.5的关键前体污染物和关键化学机制；（3）灰霾－边界层反馈机制对重灰霾的贡献；（4）致霾PM2.5的来源和源权重，从而提出长三角地区重灰霾的控制对策和建议具有重要的现实意义。本研究中，选取长三角四个主要城市（上海市，杭州市，南京市，合肥市）进行研究，选择2013-2018年为研究年。

我国的灰霾污染是一个影响空气质量、区域和全球气候以及人类健康的严峻环境问题。本项目应用WRF-CMAQ模式结合外场观测研究（1）长三角重度灰霾颗粒物中各组分的物理化学性质及气态污染物特征；（2）PM2.5的关键前体污染物和关键化学机制；（3）灰霾－边界层反馈机制对重灰霾的贡献；（4）致霾PM2.5的来源和源权重。本项目的重要结果包括：.（1）.海洋性低云的气溶胶间接效应定量研究表明其对气候变化的致冷效应要比先前报道的更大的多。在给定气象条件下，云凝结核浓度本身可以解释海洋低云辐射强迫的大部分变化（75%），这主要是通过影响低云云量来影响云的辐射强迫，这对评估气溶胶间接气候效应，特别是气溶胶云生命周期效应有重要意义。成果于2019年2月9日发表在Science 杂志。.（2）.基于浙大紫金港校区测量了杭州市大气中PM2.5主要水溶性离子及主要气态污染物的小时浓度。结合混合受体模型和统计方法分析研究了杭州市秋季重灰霾事件的污染特征、来源和成因。.（3）.利用WRF-CMAQ模型模拟了长三角2013年全年的PM2.5污染情况，分析五个污染物源对于PM2.5形成的贡献。.（4）.提出了应用增加空气湿度来减轻地面局部大气臭氧污染的水雾地球工程方法。该方法有望成为解决全球大城市炎热夏季重臭氧污染问题有效方法。水汽分子通过降低空气温度，减少过氧自由基化学放大器的链长，增强颗粒含水量来减少二氧化氮的光化学反应链长来抑制大气臭氧的形成。.（5）.提出了显著减轻城市重度雾霾污染的精准大气污染控制法.将城市大气污染物高浓度，混合受体模型和WRF-CMAQ相结合来找出大气重污染的来源和优化目标地区的控制排放方案, 从而显著减轻城市重度雾霾污染。 .（6）.研究中国区域2002年至2016年开放式生物质燃烧及农业秸秆燃烧产生的大气污染物排放的时空分布。2002年至2013年我国OBB污染物排放量处于持续增长阶段，2013至2016年稍有减弱。.（7）.应用WRF-CMAQ模拟京津冀地区火电行业对北京灰霾的影响研究,表明火电对北京灰霾成因贡献明显，年均贡献率12.45%。