近些年，我国空气质量持续改善，但重污染天气仍时有发生。区域大气污染的形成机制，特别是复杂城市边界层内，气象条件、排放、新粒子生成及其增长对污染形成的影响仍存在一定争议。为此，大气所LAPC国家重点实验室联合赫尔辛基大学大气地球系统研究院(INAR)，共同开展了《A 3D study on the amplification of regional haze and particle growth by local emissions》的研究。
研究基于在北京325米气象塔主导开展的三次垂直观测（2015年秋季、2016年冬季和2017年夏季），深入分析了大气污染物（气态前体物、颗粒物浓度、粒径分布和化学组成等）的演变特征。研究发现污染的生消过程通常可以分为三个典型阶段。尽管同处在城市边界层内，近地面和城市冠层霾的发展过程有着明显的区别；即使颗粒物总质量浓度相近，不同高度处颗粒物形成所伴随地物理化学过程也不尽相同。在霾形成的初始阶段，近地面和城市冠层处均观测到明显地新粒子增长现象，使得不同高度颗粒物质量浓度同步增加；随后由于近地面处于较弱的大气垂直扩散条件中，使一次排放的颗粒物和气态污染物逐渐积聚，大气颗粒物得以迅速增长并造成比城市冠层之上更严重的污染（该过程在夜间更加显著）。
研究进一步结合NAQPMS+APM模式，从平面上构建了京津冀区域大气霾污染模型，继而验证了区域尺度霾污染的形成与颗粒物的增长现象直接相关，结果发现源自新粒子生成的颗粒可贡献京津冀地区积聚模态粒子的60％。而在城市地区，由于受局地排放源的影响，生成的新粒子能够持续增长，导致更严重的霾污染。通过对未来减排情景进行模拟发现，当排放量减少超过30%后，积聚模态颗粒物的数浓度开始显著降低。因此，减少人为排放的气态前体物，能够有效抑制颗粒物的增长，并在未来大气颗粒物浓度降低中起关键作用，尽管减排初期，二次生成的新粒子数会出现增加。
上述研究成果发表在npj Climate and Atmospheric Science上，研究得到国家自然科学基金(91744207)和国家重点研发计划(2017YFC0212704)等项目资助。
Du W., Dada L., Zhao J., Chen X., Daellenbach K.R., Xie C., Wang W., He Y., Cai J., Yao L., Zhang Y., Wang Q., Xu W., Wang Y., Tang G., Cheng X., Kokkonen T.V., Zhou W., Yan C., Chu B., Zha Q., Hakala S., Kurppa M., Jarvi L., Liu Y., Li Z., Ge M., Fu P., Nie W., Bianchi F., Petaja T., Paasonen P., Wang Z., Worsnop D.R., Krminen V.-M., Kulmala M., Sun Y., 2021. A 3D study on the amplification of regional haze and particle growth by local emissions. npj Climate and Atmospheric Science. 4, 4. 10.1038/s41612-020-00156-5。
图1. 一次污染过程中，地面和260米气象要素、气态污染物和颗粒物数浓度谱分布的演变。
图2. 局地排放加剧了区域大气霾污染与颗粒物增长示意图。
图3. 不同源排放控制情境下，颗粒物质量浓度和不同粒径下颗粒物数浓度的变化情况。
