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沿海城市群氯化学对大气二次污染影响的数值模拟研究

批准号:
42075144
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
李莉
依托单位:
学科分类:
大气数据与信息技术
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
李莉

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
城市地区大气污染物如NOx、VOCs等与OH自由基反应生成臭氧、二次气溶胶是导致大气二次污染的主要途径。然而,除OH·外,氯自由基(Cl·)亦在城市大气化学中扮演了重要角色,Cl·对城市大气氧化能力、臭氧、硝酸盐及SOA的生成均具有重要影响。已有外场观测显示,我国城市地区Cl2浓度较高,特别在沿海区域其来源更为复杂,氯在大气污染中的重要性已逐渐通过外场观测得到证实。然而,当前数值模式中的氯化学机制十分欠缺,有关氯前体物的源排放以及氯化学对二次污染影响的研究十分有限,严重制约了对沿海城市群大气复合污染机制的深入认知。为此,本研究拟以长三角城市群为案例,系统构建氯前体物排放源清单,发展适用于我国沿海城市群的氯化学机制并改进三维数值模型,系统探究氯化学对O3和硝酸盐、SOA的影响,并研究考虑氯化学在内的大气二次污染控制路径,以期为我国大气污染防治提供理论依据。
英文摘要
Secondary air pollutants, such as O3 and secondary aerosols, are formed via oxidation of NOx and VOCs by hydroxyl radicals (OH·). Latest researches show that in addition to OH·, Cl· also plays an important role in urban atmospheric chemistry, which could have a significant impact on the atmospheric oxidation capacity and thus the formation of ozone, nitrate and secondary organic aerosols. Existing field observations show that the concentration of Cl2 in urban areas of China is much high; especially in coastal regions, the sources of chlorine are quite complicated; the importance of chlorine chemistry in urban air pollution in China has been gradually confirmed by field campaigns. However, the chlorine chemistry within numerical models is quite simple, researches on emissions of chlorine precursors and their influences on air pollution formation are very limited, which restricts further understanding of the underlying mechanisms of air pollution in coastal city clusters. In this project, we plan to develop an emission inventory of chlorine precursors for the Yangtze River Delta region, develop the chlorine chemistry that is applicable to China's coastal city clusters within three-dimensional numerical model, and explore the impacts of chlorine chemistry on the formation of O3, nitrate and SOA as well as the control path of secondary air pollutants. This study will provide basic theories to China's air pollution control.
氯自由基(Cl)在大气化学中扮演着关键角色,对大气氧化性和二次污染具有显著影响。然而,人为源排放清单中活性氯排放表征研究十分有限,大气化学模式中的氯化学机制尚不完善,沿海城市群人为源和海洋源综合作用下氯化学对大气二次污染的影响认识有限。本研究通过建立活性氯排放表征技术,构建了长三角及我国高时空分辨率活性氯前体物排放源清单;发展了适用于沿海城市群的氯化学反应机制并嵌入空气质量模型;定量估算了氯化学对臭氧和二次气溶胶的影响,并模拟了考虑氯化学在内的不同减排路径对空气质量改善的效果。结果显示,2017年长三角主要活性氯物种HCl、pCl、Cl2和HOCl排放量分别为20424、15719、1556和9331吨。HCl主要来源于生物质燃烧和燃煤;pCl主要来自工业过程、生物质燃烧和垃圾焚烧;Cl2和HOCl主要来自水处理。2019年中国大陆地区HCl、pCl、Cl2、HOCl的年排放量分别为270.3Gg、183.5Gg、7.8Gg、27.6Gg,占比分别为1.6%、5.6%、55.3%和37.5%。通过WRF-CMAQ模型系统完善氯化学反应机制,并模拟氯排放对长三角空气质量的影响。结果表明,沿海地区人为源及海洋源活性氯排放和氯化学机制综合作用显著增强大气氧化性,在春、夏、秋和冬季分别增强AOC约21.3%、8.7%、43.3%和58.7%,在人为源排放导致氯浓度较高的内陆地区更为明显。氯化学对区域不同季节O3的影响约4.1-7.0ppb;对PM2.5的贡献约4.7-13.2µg/m3。新冠疫情的爆发显著增加了含氯消毒剂的使用,本研究模拟了消毒剂使用产生的氯排放对空气质量的潜在影响,结果表明,COVID-19爆发期间活性氯排放急剧增加,Cl2和HOCl的排放量增加了3倍;氯排放通过Cl和OH对VOC的氧化作用增强AOC,在上海、北京和武汉地区的平均增幅分别达4.6%±1.8%、10.3%±6.6%和7.4%±4.6%。在推进PM2.5和O3前体物NOx、VOCs减排的基础上,进一步考虑活性氯减排,将取得更为显著的空气质量改善效果,秋冬季更为明显。本研究强调了建立活性氯排放源清单,在空气质量模型中完善氯化学机制的重要性,并证明氯化学显著影响沿海地区空气质量。本研究不仅提高了对活性氯排放及其影响的认识,还为制定更有效的空气质量管理策略提供了科学依据。
实际大气条件下前体物对二次有机气溶胶的生成贡献研究
  • 批准号:
    --
  • 项目类别:
    --
  • 资助金额:
    51万元
  • 批准年份:
    2023
  • 负责人:
    李莉
  • 依托单位:
基于双重水印的深度学习模型版权保护研究
  • 批准号:
    62302286
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    30万元
  • 批准年份:
    2023
  • 负责人:
    李莉
  • 依托单位:
面向多分析单元的沥青路面全寿命预防性矫正性综合养护规划理论与算法
  • 批准号:
    19ZR1418800
  • 项目类别:
    省市级项目
  • 资助金额:
    0.0万元
  • 批准年份:
    2019
  • 负责人:
    李莉
  • 依托单位:
基于示踪物在线测量并耦合受体和源模型的细颗粒物实时溯源方法及在长三角地区的应用研究
  • 批准号:
    41875161
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    67.0万元
  • 批准年份:
    2018
  • 负责人:
    李莉
  • 依托单位:
国内基金
海外基金