论文部分内容阅读
近年来,我国颗粒物导致的重污染事件频发。除直接影响空气质量外,颗粒物的辐射效应还会影响大气动力学过程,从而间接影响空气质量。了解与量化这一过程,对于科学认知重污染过程形成机制,具有重要意义。而黑碳作为细颗粒物中重要的吸光组分,在颗粒物辐射效应中起着至关重要的作用,同时也有很大的不确定性,准确评估颗粒物,尤其是黑碳的辐射效应,是评估颗粒物辐射效应对空气质量影响的重要前提。研究采用外场观测手段,探索北京南郊采暖期前后颗粒物光学特性变化,分析混合状态对颗粒物光学特性的影响。对黑碳吸光系数的测试和模型估算结果表明,在非采暖期,完全外混模型对黑碳质量吸光平均低估18%,完全内混模型平均高估56%,说明模型中应考虑黑碳老化导致的混合状态变化。在采暖期,完全外混模型对黑碳质量吸光平均平均高估42%,完全内混模型高估180%。这主要是由于华北地区采暖期存在黑碳的超聚合结构,单位质量超聚合结构黑碳对太阳辐射影响小于普通黑碳。为改进黑碳辐射特性模拟,基于微物理机制,建立了黑碳颗粒物老化模式,并将其植入双向耦合的气象-空气质量模式WRF-CMAQ中,开发CMAQ/BC-AGING空气质量模拟系统。利用含碳气溶胶老化的观测数据,对模型系统进行了校验。结果表明,新近排放黑碳寿命约为1-1.5天,在重污染地区寿命短于清洁区域。与CMAQ默认设置相比,CMAQ/BC-AGING模型将黑碳质量吸光截面的模拟误差从134%降低到55%,显著改进了黑碳辐射效应的模拟。以2013年1月重污染过程为例,采用本研究建立的CMAQ/BC-AGING模型,分析了颗粒物辐射效应对气象和空气质量的影响。结果表明,由于颗粒物辐射效应,造成到达地表的辐射减少,导致边界层的降低,削弱了颗粒物的垂直扩散与沉降,加剧了二次颗粒物生成,进一步加剧重污染过程,即颗粒物辐射效应的“空气质量惩罚”。这一过程随着PM2.5浓度的升高而愈加显著。2013年1月,北京地区颗粒物辐射效应最高导致PM2.5质量浓度上升140μg/m3。“空气质量惩罚”在我国每年约导致5000人的早逝,与抵消气候变暖所带来的收益在相似水平。