气溶胶-辐射-气象相互作用机制是目前大气污染和气候变化研究中的前沿和难点。对上述机制已有定性的认识，但气溶胶辐射反馈作用在霾污染中的作用究竟有多大？反馈机制中的各种物理化学过程及其贡献如何？目前仍不清楚。而且目前的大气化学-气象耦合模式对气溶胶浓度和光学参数的模拟与观测相比仍有较大的偏差，对反馈机制强度的模拟结果也有很大差异。
最近，中国科学院大气物理研究所李嘉伟副研究员、韩志伟研究员等，针对上述问题开展了以下研究。1.首先通过对化学机制的改进和观测数据的融合，使自主研发的区域气候-化学-气溶胶耦合模式系统RIEMS-Chem得到进一步发展，提高了对气象要素、气溶胶浓度及其光学参数模拟的准确性，研究发现考虑气溶胶辐射反馈可同时提高气象和化学模拟的准确性；2.利用发展的耦合模式研究了冬春季（2014年2-3月）华北地区霾的演变过程和气溶胶辐射反馈产生的影响，发现重霾期间气溶胶反馈作用导致京津冀地区平均地面气温降低1.8°C，风速减小0.5m-1，相对湿度增加10%，边界层高度降低184m,导致平均PM2.5浓度增加39%，其中二次气溶胶浓度增加幅度大于一次气溶胶；3.发现在上述重霾事件中，化学过程和局地源是北京PM2.5浓度增加的主要因素，而在一次中度霾中，河北向北京的输送作用与化学过程和局地源的贡献相当，反映了南风条件下区域输送的重要贡献；4.利用过程分析方法定量计算了霾演变过程中各物理和化学过程对PM2.5及其化学组分浓度变化的贡献率。揭示了气溶胶辐射反馈可通过减弱湍流扩散、增强化学反应和增加区域输送促进北京气溶胶浓度的增加从而加剧霾污染。
本研究揭示了气溶胶辐射反馈对复合污染的重要影响，对气溶胶-辐射-气象相互作用机制提出了新认识。
该研究工作得到国家自然科学基金重点项目(91644217)和国家重点研发计划重点专项(2019YFA0606800)的资助。
图1. RIEMS-Chem模拟的气溶胶反馈作用导致的变化 (a, f) 2米气温(T2), (b, g) 2米相对湿度(RH2), (c, h) 10米风速(WS10), (d, i) 边界层高度(PBL) 和 (e, j) PM2.5 质量浓度(等值线为变化百分比)，其中 (a-e) 为研究时段平均，(f-j)为重霾污染期间(2014年2月20-26日)平均. 括号内是单位
Li Jiawei, Han Zhiwei*, Wu Yunfei, Xiong Zhe, Xia Xiangao, Li Jie, Liang Lin, and Zhang Renjian. 2020. Aerosol radiative effects and feedbacks on boundary layer meteorology and PM2.5 chemical components during winter haze events over the Beijing-Tianjin-Hebei region. Atmospheric Chemistry and Physics, 20, 8659–8690.
文章链接： https://www.atmos-chem-phys.net/20/8659/2020/