气溶胶与天气气候相互作用对我国冬季强霾污染的影响

Meteorological conditions play a critical role in the formation of severe haze pollution in China. On the other hand, atmospheric haze itself can change local meteorological conditions and large-scale circulations through aerosol-weather/climate interactions. How feedbacks in local meteorological conditions and large-scale circulations work together to affect severe haze pollution and how critical physical and chemical processes contribute to haze accumulation through aerosol-weather/climate interactions have not been thoroughly examined yet. In this project, we combine a multi-scale aerosol-climate global model and a regional chemistry-climate model to study how aerosol-weather/climate interactions affects severe haze pollutions in China. The multi-scale aerosol-climate model provides better simulations of aerosol effects on large-scale circulation, while the regional chemistry-climate model provides better simulations of key physical and chemical processes involved in the aerosol-weather/climate interactions. Model experiments will be further used to test how different emission reduction measures may affect future severe haze pollution in China. This project will help to improve our understanding on how aerosol-weather/climate interactions affect severe haze pollution and further provide guidance for policy makers to design emission control measures.

天气气候条件对大气强霾污染的形成起着重要的作用。而大气灰霾又通过气溶胶与天气气候相互作用影响局地天气气候过程和大尺度环流，影响强霾污染累积。前期工作中缺乏综合考虑局地过程和大尺度环流的反馈共同对大气强霾污染的影响。这里我们通过动力降尺度的方法，结合一个全球多尺度气溶胶气候模式和一个区域大气化学模式研究气溶胶与天气气候相互作用是如何影响强霾污染生成。全球多尺度模式可以更好模拟气溶胶对大尺度环流的影响，而区域气候模式可以更好模拟气溶胶-天气气候双向反馈中的关键物理和化学过程。模式试验将会用来进一步研究不同的减排策略如何通过气溶胶-天气气候双向反馈影响未来大气强霾污染。这一项目的实施将会有力增强我们理解大气灰霾成因的理解，为大气污染控制对策的制定提供科学支持。

天气气候条件对大气灰霾污染的形成起着重要的作用，而大气灰霾又影响天气气候过程。本项目围绕气溶胶与天气气候相互作用及其对大气灰霾的影响这一关键科学问题开展了深入分析，取得了一系列创新性科研成果。在模式工具和方法发展方面，发展了两种方法开展东亚区域灰霾的多尺度模拟，一是基于全球模式的东亚区域网格加密，二是全球模式通过动力降尺度的方式驱动区域模式。构建了我国首套1公里分辨率的城市天然挥发性有机物排放清单。分析了模式中大气灰霾污染关键理化过程，揭示了模式在东亚区域高估了黑碳老化率，提高了模式对于单萜类SOA的模拟能力。优化了大气灰霾天气气候指数，显著提高了对华北区域灰霾的解释率。基于多源观测数据和多尺度模式，本项目在气溶胶与天气气候相互作用及其对大气灰霾影响方面获得多个新认知。分析了中国大气边界层高度的长期变化趋势，揭示影响平均边界层高度的关键因子是地表感热变化，而极端边界层高度的变化则与大气灰霾的变化关系密切。基于卫星观测和模式模拟，揭示大气污染物减排对气溶胶和云有重要影响，指出人为源气溶胶与生物源气溶胶的相互作用会放大人为减排致暖效应，而减排在过去20年中导致北半球云滴数浓度减少了约20%，这使得南北半球的云滴数浓度的对比减少了一半。基于动力降尺度方法显示未来减排有利于提高我国空气质量，但考虑减排所导致的气候效应则会导致我国有利于强霾生成的静稳天气增加，表明未来需要进一步加大减排力度。本项目多个成果已经发表在国际主流期刊，目前已经发表SCI论文21篇，包括《Science》论文一篇。本项目成果通过构建多尺度模拟框架提升了东亚区域大气灰霾多尺度模拟能力；而有关未来气溶胶减排的气候效应会导致中国东部的大气扩散条件恶化的成果对制定污染减排措施具有重要参考意义；而减排所导致的气候效应的成果，包括人为源和自然源相互作用放大减排的致暖效应等，为我们制定气候变化应对策略提供重要科学支撑。