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王体健教授课题组在农田秸秆焚烧对臭氧光化学的影响研究方面取得重要进展
阅读:340次 发布时间:2018-06-25 09:59

王体健教授课题组在农田秸秆焚烧对臭氧光化学的影响研究方面取得重要进展



近日,大气科学学院王体健教授课题组在农田秸秆焚烧对臭氧光化学的影响研究方面取得新进展,成果以“Agricultural fire impacts on ozone photochemistry over the Yangtze River Delta Region, East China”为题发表于《Journal of Geophysical Research: Atmospheres》(影响因子3.5)。论文第一作者为助理研究员李蒙蒙博士,王体健教授为通讯作者,南京大学为论文通讯单位。

生物质燃烧是大气气态和颗粒态污染物排放的重要来源。大量研究表明,生物质燃烧可以通过气态前体物排放、气溶胶辐射效应和颗粒物表面非均相化学等过程影响对流层光化学。尤其近几年,黑碳表面非均相化学机理的研究已经取得很大进展,提出了NO2表面化学新机制、摄取系数的新参数等。但当前很多大气化学模式没有考虑颗粒物表面非均相反应过程,这给准确评估生物质燃烧排放对大气光化学的影响带来了困难。

农田秸秆的野外焚烧是造成中国东部空气污染问题的重要原因之一。本文对2012年夏季中国东部一次典型的秸秆焚烧污染过程对光化学的影响进行研究。研究利用WRF-CHEM区域气象-化学在线耦合模式,在模式中引入详细的农田野火排放清单,增加了黑碳表面非均相反应过程和参数化方案,考虑了黑碳表面非均相化学的最新研究进展。与观测对比表明,模型能够很好地反映此次污染过程中烟尘颗粒的排放、输送及其导致的光学特征参数的变化(图1)。研究发现,农田秸秆焚烧排放气态前体物对臭氧光化学生成具有重要影响,导致安徽北部野火集中区域地面臭氧混合比增加达20ppb(40%);烟尘颗粒的辐射反馈效应造成地面臭氧浓度1%左右的下降;黑碳表面非均相反应对光化学的影响相对很小,造成日间O3和NO2平均浓度分别变化+0.8%和-0.5%(图2)。研究也强调,摄取系数的选择是造成模拟研究结果不确定的重要来源之一。该研究成果改进了模式在颗粒物和臭氧理化耦合方面的模拟能力,揭示了农田秸秆焚烧排放对臭氧光化学影响的不同表现形式和机制,对进一步认识颗粒物和臭氧间的相互作用具有重要的借鉴意义。

本研究受到国家重点研发计划(2016YFC0203303)、国家自然科学基金(91544230、41605115、41621005和41575145)等项目的资助。

图1模拟此次污染过程中地面PM2.5日均浓度(μg m-3;左图)和气溶胶光学厚度(AOD;中图)与观测OMI气溶胶指数(右图)的对比

图2农田秸秆焚烧排放造成长三角地区日间(a)O3,(b)NO2和(c).OH平均浓度垂直廓线的变化(红色曲线:前体物排放;蓝色曲线:辐射反馈效应;绿色曲线:非均相化学;黑色曲线:综合效应)


参考文献:

Li, M., Wang, T., Xie, M., Li, S., Zhuang, B., Chen, P., Huang, X. and Han Y. (2018), Agricultural fire impacts on ozone photochemistry over the Yangtze River Delta region, East China,Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 123, https://doi.org/10.1029/2018JD028582.