科研进展

AAS: 华中地区大气气溶胶的物理、化学、光学与辐射特性与污染防控

  大气气溶胶是指大气中悬浮着的各种固体和液体粒子,具有复杂的物理、化学、光学特性和较大的时空差异。综合探测气溶胶特性是减小气溶胶环境与气候效应不确定性研究的基础。目前,针对华北、长三角和珠三角地区的研究已有许多,在大气污染问题同样严峻的华中地区,相关研究涉及甚少,观测研究华中重点区域气溶胶综合特性及其闭合关系,将弥补该区域气溶胶特性研究的不足,为大气污染防治提供研究支撑。

  针对上述问题,大气所辛金元研究员团队基于气溶胶连续观测数据,综合分析了华中典型城市长沙市气溶胶的物理、化学与光学、辐射特性。研究发现,工业污染对长沙市的气溶胶特性具有很大的影响,该地区的气溶胶物理、化学、光学属性存在显著的季节变化特征,500 nm波段气溶胶光学厚度(AOD)冬季均值为0.90,夏季为0.75,大气层顶气溶胶辐射强迫(TOA)冬季的冷却效应比夏季强-18.3Wm-2,PM2.5冬季比夏季高43.5μgm-3。PM2.1中有机碳(OC)、SO42-、NO3-和NH4+散射性气溶胶冬季均值分别比夏季高9.1μgm-3、6.1μgm-3、15.8μgm-3、8.9μgm-3。不同来向气团气溶胶特征存在较大差异,来源于南方湿润气团的光学和辐射参数都较小;来源于西北方向的干燥气团,传输带来粗模态粒子,PM2.5浓度仍相对较低,TOA表现为弱冷却效应;局地传输气团气溶胶污染最严重,各参数值均较大。

  随着国家大气污染防治行动计划执行,该地区能源结构不断调整优化,燃煤比重显著减小,OC、SO42-、NO3-和NH4+等散射性气溶胶浓度下降,气溶胶辐射强迫冷却效应减弱,大气能见度和污染扩散条件得到了改善。研究结果表明,长沙地区气溶胶的消光和辐射强迫主要受散射性气溶胶的控制,且能源结构优化在区域大气污染管控中发挥了显著作用。

  该研究发表在Advances in Atmospheric Sciences上,填补了华中重点城市气溶胶综合特性的观测空白,并为地区污染控制提供了研究依据。

  图. 长沙站观测期(2012-14年)(a)春季,(b)夏季,(c)秋季和(d)冬季不同轨迹类型下的后向轨迹、气溶胶特征和气象因子。(Ⅰ)中条形为PM2.1中的水溶性无机离子,EC和OC的质量浓度之和,(Ⅱ)中条形为AOD和PM2.5的质量浓度,(Ⅲ)中为大气层顶部(TOA),大气层(ATM)和地表的辐射强迫(SFC),(Ⅳ)中条形为AE(α)和RH。

  长沙观测站点

  以上研究得到了国家重点研发计划课题与中国科学院战略先导专项专题等项目的共同资助,吴肖燕为第一作者,辛金元研究员为通讯作者。

    Citation: Wu, X. Y., and Coauthors, 2020: Optical, radiative and chemical characteristics of aerosol in Changsha City, central China. Adv. Atmos. Sci., https://doi.org/10.1007/s00376-020-0076-9 

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