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城市大气亚微粒子理化特征的变化对气溶胶散射效率的影响

批准号:
42105071
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
马清霞
依托单位:
学科分类:
大气物理学
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
马清霞

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
大气亚微粒子PM1对空气质量、能见度和气候变化至关重要,其含量变化对气溶胶的散射影响很大。以往常用细粒子PM2.5的散射特征来研究灰霾粒子的辐射强迫,很少考虑PM2.5中PM1含量变化,难以准确解释雾霾天气气溶胶辐射变化的规律。本研究选择河南—开封,借助多种气溶胶观测仪器,同步开展PM1和PM2.5化学成分、散射特性、吸湿增长及气体污染物综合观测。首先结合气象参数,研究雾霾天气PM1和PM2.5二次组分形成机理和吸湿增长变化特征;其次揭示PM1和PM2.5二次组分差异的驱动机制,探讨二次组分和吸湿增长之间的关系,最后阐明PM2.5中PM1含量、二次化学组分、吸湿增长变化对PM2.5散射效率影响,通过回归分析,给出包含PM1含量变化的初步参数化的气溶胶散射效率的评估模型,以便弥补亚微粒子含量变化影响气溶胶散射强度不确定性,并为今后气候模式中粒子大小对气溶胶辐射强迫影响参数化提供数据支持。
英文摘要
Submicron particles (PM1) have a serious impact on air quality, visibility and climate, and the variation of PM1 content in aerosol has a great influence on aerosol scattering. In the past, the characteristics of PM2.5 light scattering were commonly used to study the radiative forcing of aerosols, and the variation of PM1 content in PM2.5 was rarely considered, so it is difficult to accurately explain the variation of aerosol radiation in haze weather. In this study, the chemical composition, light scattering , and hygroscopic growth of PM1 and PM2.5 and gas pollutants were simultaneously observed in Kaifeng of henan province with the help of a variety of aerosol observation instruments. Firstly, combined with meteorological parameters, the secondary formation mechanism and hygroscopic growth of PM1 and PM2.5 in haze weather are studied. Secondly, the driving mechanism of the secondary component difference of PM1 and PM2.5 is revealed, and the relationship between the secondary component and hygroscopicity is discussed. Finally, the influence of dynamic variation of PM1 content, secondary chemical component and hygroscopic growth on PM2.5 scattering efficiency is clarified, and a model for assessing aerosol scattering efficiency including the preliminary parameters of PM1 content dynamics is presented is given through regression statistics. This results will make up for the uncertainty of aerosol scattering intensity caused by the change of sub particle content and provide data support for the parameterization of the effect of particle size on aerosol radiative forcing in future climate models.
气溶胶辐射强迫的准确估算是研究气候变化的关键因素,气溶胶的粒径大小和化学组分的变化对气溶胶辐射强迫能力有重要影响。雾霾污染天气过程中气溶胶浓度、化学成分和粒径大小均会发生很大变化,从而对光的散射作用也不同。因此,理清气溶胶化学组分尤其二次组分和粒径大小变化对散射能力的影响对解决评估气溶胶辐射强迫不确定性和改善能见度面临问题是至关重要的。河南地区是我国雾霾发生的重灾地区,尽管随着严格的减排和治理政策的实施,气溶胶的浓度明显下降,然而河南地区雾霾污染现象仍然时常发生,冬季的污染时期高达51%,尤其是冬季的1月份污染事件频繁出现,气溶胶的散射系数也很高,造成能见度减低。在污染事件中,二次无机组分(包括SO42-、NO3-和NH4+)对气溶胶浓度的贡献高达52%~69%,是污染形成的主要元凶。随着污染水平增加,二次组分中硝酸铵贡献的散射系数明显增加.对散射系数的贡献也从空气质量为优的32%增加到中度污染的66%,预防和减少硝酸铵形成是未来改善能见度面临的重大挑战。此外,相对湿度越大,气溶胶的散射效率越高,从相对湿度较低(低于40%)环境中到相对湿度较高环境中(大于90%),气溶胶的散射效率会提高27%,因此消除高湿环境中硝酸铵的形成对减少气溶胶散射效率有很大帮助。以往常用来评估气溶胶化学组分和散射系数的函数公式,在雾霾污染过程中往往很难准确评估,常常出现低估或者高估现象。本项目基于几次污染事件的数据,纳入粒径大小对化学组分和散射系数的重构函数公式进行优化,得到的更加准确的评估结果,无论从时间尺度上还是相关性方面,与测量值相比, 优化后函数公式给出的评估结果相对误差会减少了30%,很好的验证了本项目申请时的设想,可以为今后气候模式中粒子大小对气溶胶辐射强迫影响参数化提供数据支持。
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