丁爱军教授课题组在气溶胶-大气边界层相互作用研究方面取得新进展
近日公司丁爱军教授课题组在气溶胶-大气边界层相互作用研究方面取得新进展，成果以“Impactof Aerosol-PBL Interaction on Haze Pollution: Multiyear Observational Evidencesin North China”为题发表在美国地球物理学会（AGU）著名期刊《Geophysical Research Letters 》上，论文第一作者为黄昕副教授，通讯作者为丁爱军教授。
大气气溶胶通过其辐射效应影响大气边界层的发展从而导致空气污染与大气边界层的双向反馈。丁爱军教授与黄昕副教授等人的前期合作研究发现了黑碳气溶胶在该过程中扮演着至关重要的角色，可以显著加剧超大城市PM2.5污染，并将该过程定义为黑碳气溶胶的“穹顶效应”。相关成果于2016年在美国地球物理学会研究快报《Geophysical Research Letters》发表并随即在国际上取得重要反响，被美国双周刊科学新闻杂志ScienceNews撰文报道，成为ESI高被引论文和热点论文。2017届本科毕业生王子麟同学在丁爱军教授和黄昕副教授共同指导下围绕该问题开展后续研究，利用单柱大气化学模式定量分析了影响黑碳气溶胶“穹顶效应”的关键因子（包括黑碳气溶胶层的高度与浓度、与散射性气溶胶的混合以及下垫面类型等），并将相关成果发表在欧洲地球物理联合会著名期刊《AtmosphericChemistry and Physics》上。
在前期工作基础上，课题组进一步针对华北地区开展长期分析研究。通过结合2010-2016年多年的气象探空观测、全球再分析资料以及地面空气质量监测资料，成功获得了气溶胶-大气边界层相互作用的气候态“观测”证据并提出表征这一作用强度的指数。研究对比探空观测和再分析资料发现，重污染期间边界层上层和近地面分别存在平均0.7℃的增温和2.2℃的降温，高空增温和地面降温的趋势在空间分布和时间变化上均与边界层低层气溶胶的浓度呈现高度的相关性。该研究针对典型污染生消过程，运用欧拉空气质量模型和拉格朗日溯源模式相结合的方法，进一步明确了黑碳气溶胶及其输送在重霾形成和加剧中的关键作用；在此基础上，课题组基于气象探空和再分析资料提出了表征气溶胶-大气边界层相互作用强度的指数HD-Index，发现该指数在重霾期间不仅与地面气溶胶浓度存在很好的相关性，也能较好的表征气溶胶-边界层相互作用对于多天污染积累的效应。
该项研究成果由国家重点研发计划项目“我国东部沿海大气复合污染天空地一体化监测技术”、国家自然科学基金“ 中国大气复合污染的成因与应对机制的基础研究 ”重大研究计划重点项目、国家杰出青年基金项目和江苏省协同创新中心等的资助。
图1 黑碳影响气溶胶-大气边界层相互作用的概念模型及气候态“观测”证据：左右图的右上角分别为北京2010-2016年污染较轻（最低25%）和重污染（最高25%）期间气象探空和再分析资料的气温廓线差异 (该图结合Ding et al. 2016所建立的概念模型和Huang et al. 2018的诊断结果重新绘制)
图2 北京地区气溶胶-大气边界层相互作用的HD-index与地面PM2.5及其逐日增量的相互关系
文章链接及相关文献：
Huang, X., Wang, Z., and Ding, A.: Impactof Aerosol-PBL Interaction on Haze Pollution: Multi-Year ObservationalEvidences in North China, GeophysicalResearch Letters, 10.1029/2018gl079239, 2018.
Wang, Z., Huang, X., and Ding, A.: Dome effect of black carbon and its key influencing factors: a one-dimensionalmodelling study, AtmosphericChemistry and Physics, 18, 2821-2834, 10.5194/acp-18-2821-2018, 2018.
Ding, A. J., Huang, X., et al., Enhanced haze pollution by black carbon in megacities in China, Geophysical Research Letters, 10.1002/2016gl067745,2016.
Sumner, T., Dome effect leaves Chinese megacities uncer thick haze – Soot traps pollutionand worsens air quality,ScienceNews, April 5, 2016.