重污染天气下我国东北城市群与京津冀区域间大气污染输送相互作用与影响机制研究

Superposition of atmospheric pollutants from transportation across regions, accumulation by the local residential heating and industrial and vehicle emissions with atmospheric weather system, is the main causes of regional synchronization pollution appeared in the Northeast and North China. In this study, we selected the typical regions of Northeast and North China to find the differences between the spatial and temporal distribution of aerosols microphysical and optical characteristics. The transregional transport of atmospheric aerosol and the radiative forcing under heavy pollution weather conditions in Northeast and North China are revealed. The transmission path and main potential source of atmospheric pollutants were studied by the backward trajectory and potential source contribution factor analysis. Using the GRAPES-CUACE model to quantitative analysis the mutual influence and contribution of the atmospheric pollutants transported between the multi-cities in the Northeast China and Jing-jin-ji region in North China to explore the atmospheric pollutants cross-regional transmission characteristics and formation mechanism. This study has a certain scientific significance on the governance of regional fog-haze and air quality control, and further provides important data support and reference for the applications of climate models in the Northeast and North China.

大气污染物的跨区域输送，叠加本地的燃煤、工业和机动车排放以及特定的大气环流系统，是东北、华北等地多个城市出现区域性同步污染的主要原因。本研究选取我国东北、华北不同典型地区为研究对象，指出大气气溶胶理化特性与光学特性的时空分布与变化规律的差异；揭示我国东北、华北重污染天气条件下大气气溶胶的跨区域输送及其辐射效应变化特征；结合后向轨迹模式和潜在源贡献因子分析法确定大气污染物的传输路径和主要潜在源区；根据气溶胶气象-化学模式定量分析我国东北城市群与京津冀区域间大气污染物输送的相互影响及贡献，探讨东北、华北地区大气污染物跨区域输送特征和形成机制。本研究在区域性雾霾治理和空气质量控制方面具有一定的科学意义，并进一步为今后各种气候模式在我国东北、华北地区的应用提供了重要的数据支持和参考。

大气气溶胶负载增加以及污染物输送，是我国不同地区出现污染事件的主要原因之一。本项目基于东北地区气溶胶光学特性地基观测和大气环境监测网观测资料，结合地基观测结果和多种卫星遥感数据，根据模式和后向轨迹模型，揭示了东北地区颗粒物质量浓度、能见度与混合层厚度的变化规律，研究了东北地区典型污染事件中期大气气溶胶的区域性污染特征及主要来源，指出了我国东北地区多年大气气溶胶光学特性的气候学特征，取得了较高水平的研究成果。主要研究结果指出了辽宁地区O3浓度最高，PM2.5浓度较高值集中分布哈-长春城市群。 由于太阳辐射较强，春季和夏季O3浓度最高，冬季受人为活动的影响，PM2.5浓度明显增加。我国南部沿海地区混合层厚度较高，西南地区混合层厚度较低，其中东北地区混合层厚度年际变化呈多年波动变化。污染物的局地排放和上层气溶胶的对流活动是影响东北地区大气气溶胶垂直方向气溶胶消光变化的主要原因，西南气流的发展有利于污染物向东北方向的输送。给出了东北地区辽宁省1980-2017年间气溶胶光学厚度最大为0.3-0.4，其中沙尘气溶胶光学厚度对辽西地区的影响显著。东北大部分地区吸收性气溶胶光学厚度的年际变化呈增加趋势。硫酸盐气溶胶对东北地区气溶胶总消光性贡献较大，黑碳对吸收性气溶胶光学厚度较高。东北地区不同季节气溶胶光学厚度与水平风速呈明显的负相关，与边界层高度也呈负相关。阐明了小粒径和球形气溶胶对整个东北地区大气消光的影响最大。小粒径和球形气溶胶光学厚度最高值出现在辽宁、吉林中西部和黑龙江东部地区，不同季节小粒径气溶胶光学厚度和球形气溶胶光学厚度的比例均较高。东北地区气溶胶光学厚度在0.15— 0.25范围内出现频率较大，春季约40%，在冬季的发生频率显著增加。本项目成果发表科技论文13篇，其中SCI收录论文11篇，核心期刊2篇。