南京信息工程大学青年项目“气溶胶混合状态与形态对大气化学——气象反馈过程的影响研究”

龙之涯

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文 | 胡建林
南京信息工程大学环境科学与工程学院

导读大气污染已成为影响我国经济社会发展的重大问题，国家和政府高度重视大气污染防治工作。2015年科技部国家重点研发计划发布“大气污染成因与控制技术研究”重点专项。南京信息工程大学胡建林教授作为项目负责人的青年项目“气溶胶混合状态与形态对大气化学-气象反馈过程的影响研究”获得立项。该项目聚焦专项中主要研究方向之一的“雾霾与光化学烟雾形成机制”中的“重污染累积与天气及气候过程的双向反馈机制”，通过观测分析气溶胶混合状态和形态的变化规律，开发先进的气溶胶来源和老化分辨的大气化学-气象耦合模式。该项目的研究成果结果将有助于提高区域模式对重污染过程中污染物的累积与天气过程的双向反馈过程的模拟精度，提升区域模式对重污染的预报能力，为我国大气污染问题的分析、评价、模拟、预测提供科学支撑。


1.立项背景
近年来，雾霾污染已成为影响我国经济社会发展的重大问题，尤其是在京津冀、长三角、珠三角等重点地区，引起广泛的社会关注。雾霾污染的形成过程与气象条件紧密相连。气溶胶是雾霾的主要污染物。静稳的天气条件促使气溶胶快速生成与累积，造成重污染的形成。气溶胶通过吸收和散射太阳辐射、以及作为云的凝结核改变云的性质和生命周期，改变地-气系统的能量收支平衡，对天气及气候过程造成影响。在重污染过程中，这两个过程（又称双向反馈过程）可加快污染物的形成与累积，加剧重污染的进一步发展。

气溶胶对天气过程的影响与气溶胶的粒径、化学成分、形态以及不同气溶胶相互混合的状态等性质有关。不同来源排放的气溶胶，其粒径、化学成分和形态存在很大差别。进入大气后，随着传输和化学转化过程，相互混合，气溶胶的混合状态和形态发生改变，改变气溶胶的吸收太阳辐射和云的凝结核数量，影响大气污染与天气过程的双向反馈过程。准确表征气溶胶的混合状态和形态是空气质量模式中的一个难点问题，也是影响模式对重污染过程预报能力的一个关键问题。目前国内外空气质量模式对我国的重污染快速累积过程普遍存在严重低估的问题。除了我国特殊的一些污染过程（如非均相反应、大气高氧化性等）之外，模型中对气溶胶混合状态和形态的简化处理从而导致不能准确地模拟重污染与天气过程的双向反馈也是一个重要的可能原因。

2.研究内容
该项目聚焦气溶胶的混合状态和形态这一科学问题，开展气溶胶的物理、化学、光学性质方面的观测研究，分析气溶胶混合状态和形态的变化规律；基于观测结果开发气溶胶来源和老化分辨的大气化学-气象耦合模式，并应用模式进行重污染与天气过程的反馈机制研究。该项目的实施分解成两个课题，分别由南京信息工程大学环境科学与工程学院和大气物理学院的青年科研骨干承担。课题一是不同来源和老化程度的气溶胶混合状态和形态的观测研究。拟采用气溶胶粒径、形态、光学性质、化学成分等观测和实验分析方法，分析不同来源气溶胶的混合状态和形态特征及其在污染过程中的变化规律。课题二是气溶胶来源与老化分辨的大气化学-气象耦合空气质量模式开发及重污染过程与天气过程的反馈机制研究。在当前空气质量模式的基础上，基于课题一的研究结果，增加气溶胶的来源和老化程度，形成三维气溶胶性质表征方法，更加真实地模拟实际大气中的气溶胶性质，更加准确模拟研究我国重污染的形成过程。

3.预期成果
该项目以基础和应用基础研究为主，依托南京信息工程大学依据学校在大气科学和环境科学的学科优势，目标聚焦明确，围绕气溶胶混合状态和形态的模拟这一科学问题，希望建立更加准确的气溶胶混合状态和形态的数值表征方法，提高空气质量模式的对我国重污染过程的预报能力，支撑大气专项对雾霾形成机制的研究目标。研究成果将为国家及各地区的大气环境管理部门对大气污染的成因、模拟和预测提供帮助，为环境管理部门制定有效的空气防治措施提供科学依据，为积极促进空气质量的改善和社会的可持续发展做出贡献。

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