長三角城市群熱力環流對臭氧生成的影響研究

《長三角城市群熱力環流對臭氧生成的影響研究》是依託南京大學，由李蒙蒙擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：長三角城市群熱力環流對臭氧生成的影響研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：李蒙蒙
• 依託單位：南京大學

項目摘要

長三角城市群的快速擴張導致其風場受到複雜的熱力環流影響。熱力環流是控制大氣污染物輸送、擴散的重要因素，還會通過複雜的大氣過程影響臭氧的化學產率。以往城市化的模擬研究存在地表參數的不匹配問題，導致模擬溫度和環流結構的誤差；關於熱力環流對臭氧生成的影響機制，認識也尚不清晰。本項目旨在基於中解析度成像光譜儀（MODIS）衛星反演建立一套完整、可靠的地表參數數據集，包括土地覆蓋類型、反照率、比輻射率、深層土壤溫度、綠色植被覆蓋率和葉面積指數，實現對陸面過程方案中地表特徵的準確表征；發展WRF-Chem大氣化學輸送模式和MODIS衛星資料耦合的數值模擬系統，深入探討長三角城市群下墊面對城市熱島環流、海陸風環流和湖陸風環流相互作用規律的影響，最終揭示沿海城市群多類型大氣熱力環流的耦合對臭氧的區域輸送和化學轉化的影響機制。本項目將為認識城市群發展與大氣環流及區域臭氧污染形成機理之間的關係提供科學依據。

結題摘要

近幾十年我國東部長三角地區城市面積快速擴張，複雜、非均勻的城市下墊面對區域氣象和大氣化學的準確模擬帶來很大困難。另外，長三角城市群的快速擴張也會導致其風場受到複雜的熱力環流影響，並通過複雜的大氣物理和化學過程影響臭氧的光化學產率。以往城市化的模擬研究存在地表參數的不匹配問題，導致模擬溫度和環流結構的誤差；關於熱力環流對臭氧生成的影響機制，認識也尚不清晰。 本研究基於MODIS衛星資料精細描述了關鍵地表參數，包括土地覆蓋類型、綠色植被覆蓋率、葉面積指數、反照率、比輻射率和深層土壤溫度，並將其引入WRF-Chem區域氣象化學模式的陸面過程和天然源排放模組中。MODIS地表參數準確、合理地描述了地表特徵及其非均勻性，提高了對地表能量平衡、邊界層氣象和熱力環流的模擬精度（12-40%），在一定程度上改善了大氣化學模式中長期存在的NO2高估和夜間O3低估問題（30%）。在此基礎上探討了長三角城市群地區熱力環流對光化學污染的影響，揭示了城市熱島與區域熱力環流的相互作用規律及其對大氣光化學的影響。研究發現，長三角地區城市擴張造成典型的城市熱島現象，並與區域熱力環流產生複雜的相互作用，比如促進城市熱島環流形成、造成海陸風環流的加強。研究也強調，極端條件下城市化導致的城市風輻合和海風加強促進O3及其前體物的再循環，導致污染物在海洋-內陸以及城市之間的重新分布，造成城郊和沿海城市O3污染惡化。該項目共有6篇SCI論文發表，其中3篇論文發表於國際著名地學類Nature Index期刊JGR上。該工作是準確開展數值天氣和空氣品質預測的關鍵之一，對於釐清陸-氣過程對大氣化學的影響具有重要意義。