气溶胶-辐射-气象反馈机制及其对霾污染的影响-韩志伟课题组
2020年7月22日，Atmospheric Chemistry and Physics 发表了中国科学院大气物理研究所韩志伟研究员团队的研究成果，题为“Aerosol radiative effects and feedbacks on boundary layer meteorology and PM2.5 chemical components during winter haze events over the Beijing-Tianjin-Hebei region”。
气溶胶-辐射-气象相互作用机制是目前大气污染和气候变化研究中的前沿和难点。对上述机制已有些定性的认识，但气溶胶辐射反馈作用在霾演变过程中的作用有多大？反馈机制中的各种物理化学过程及其相对贡献如何？目前仍不清楚。而且目前的大气化学-气象耦合模式对气溶胶浓度和光学参数的模拟与观测相比仍有较大的偏差，对反馈作用强度的模拟结果也有很大差异。
韩志伟课题组针对上述问题开展了研究，得到以下结果：
1) 首先通过对化学机制的改进和观测数据的融合，发展了区域气候-化学-气溶胶耦合模式RIEMS-Chem，提高了对气象要素、气溶胶浓度和光学参数模拟的准确性，发现考虑气溶胶辐射反馈可同时提高气象和化学模拟的准确性。利用该模式研究了冬季(2014年2-3月)华北地区霾的演变过程和气溶胶辐射效应及反馈机制。
2)发现在一次重霾期间，化学过程和局地源是北京PM2.5浓度增加的主要因素，而在一次中度霾中，河北向北京的输送作用与化学过程和局地源的贡献相当，反映了南风条件下区域输送的重要贡献。
3）在重霾期间河北南部地面最大小时气溶胶辐射效应可达-384Wm-2；气溶胶反馈作用导致京津冀地区平均地面气温降低1.8°C，风速减小0.5m-1，相对湿度增加10%，边界层高度降低184m, 导致平均PM2.5浓度增加39%，而白天平均PM2.5浓度增加接近50%；其中二次气溶胶浓度增加幅度大于一次气溶胶，PM2.5浓度的增加在霾的持续阶段最大。
4) 利用过程分析方法计算了在霾的发生发展阶段中，各物理和化学过程对气溶胶辐射反馈导致的北京PM2.5及其化学组分浓度变化的贡献率, 发现在重霾发生阶段，化学过程对PM2.5浓度增加的贡献大于物理过程，而在一次中度霾中物理过程是PM2.5增加的主导因素。
5）揭示了气溶胶反馈作用可通过减弱湍流扩散、增强化学反应和增加区域输送促进气溶胶浓度的增加从而加剧霾污染，反馈作用加强了二次气溶胶的化学反应生成。
本研究揭示了气溶胶辐射反馈对复合污染的形成和持续有重要的影响，对气溶胶-辐射-气象相互作用机制提出了新认识。
本研究得到国家自然科学基金重大研究计划重点项目（91644217）等资助。
文章信息：
Li Jiawei, Han Zhiwei, Wu Yunfei, Xiong Zhe, Xia Xiangao, Li Jie, Liang Lin, and Zhang Renjian. Aerosol radiative effects and feedbacks on boundary layer meteorology and PM2.5 chemical components during winter haze events over the Beijing-Tianjin-Hebei region. Atmos. Chem. Phys., 20, 8659–8690, 2020.
文章链接： https://www.atmos-chem-phys.net/20/8659/2020/