多要素大气污染物联合观测分析外文翻译资料

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Enhanced haze pollution by black carbon in megacities in China

A. J. Ding^1,2,3, X. Huang^1,2,3, W. Nie^1,2,3, J. N. Sun^1,2,3, V.-M. Kerminen^2,4, T. Petauml;jauml;^2,4, H. Su^1,3,5,

Y. F. Cheng⁵, X.-Q. Yang^1,2,3, M. H. Wang^1,2,3, X. G. Chi^1,2,3, J. P. Wang^1,2,3, A. Virkkula^1,2,4,6,

W. D. Guo^1,2,3, J. Yuan^1,2,3, S. Y. Wang^1,2,3, R. J. Zhang⁷, Y. F. Wu⁷, Y. Song⁸, T. Zhu⁸, S. Zilitinkevich^4,6,M. Kulmala⁴, and C. B. Fu^1,2,3

¹Institute for Climate and Global Change Research, School of Atmospheric Sciences, Nanjing University, Nanjing, China,²Joint International Research Laboratory of Atmospheric and Earth System Sciences, Nanjing, China, ³CollaborativeInnovation Center of Climate Change, Jiangsu Province, China, ⁴Department of Physics, University of Helsinki, Helsinki,Finland, ⁵Multiphase Chemistry Department, Max Planck Institute for Chemistry, Mainz, Germany, ⁶Finnish Meteorological Institute, Helsinki, Finland, ⁷Key Laboratory of Climate-environment for Temerate East Asia, Institute of Atmospheric Physics, Chinese Academy of Science, Beijing, China, ⁸College of Environmental Science and Engineering, Peking University,Beijing, China

1气候和全球变化研究所,南京,南京大学大气科学学院中国,2联合国际大气和地球系统科学研究实验室,南京,中国,3 collaborativeinnovation气候变化中心,江苏,中国,4物理系,赫尔辛基大学,芬兰赫尔辛基5多相化学系,马克斯普朗克化学、美因茨,德国,芬兰气象研究所6,芬兰赫尔辛基7中国科学院大气物理研究所东亚气候环境重点实验室，北京，8北京大学环境科学与工程学院，北京

Key Points:

BC plays an important role in enhancing surface haze pollution in megacities in China BC对我国特大城市地表雾霾污染的加剧具有重要作用

Upper PBL heating and surface cooling by BC are two comparable processes in the PBL feedback在PBL反馈中，PBL加热和表面BC冷却是两个可比较的过程

Reducing BC emission cobenefits the mitigations of haze pollution and global warming 减少BC排放有利于减轻雾霾污染和全球变暖

RESEARCH LETTER

10.1002/2016GL067745

Supporting Information:

bull; Supporting Information S1

Correspondence to:

1. J. Ding, X. Huang, M. Kulmala,and C. B. Fu,

dingaj@nju.edu.cn;

xinhuang@nju.edu.cn;

markku.kulmala@helsinki.fifi;

fcb@nju.edu.cn

Citation:

Ding, A. J., et al. (2016), Enhanced haze pollution by black carbon in megacities in China, Geophys. Res. Lett., 43, 2873–2879, doi:10.1002/2016GL067745.

Received 11 JAN 2016 Accepted 25 FEB 2016 Accepted article online 1 MAR 2016 Published online 16 MAR 2016

copy;2016. The Authors.

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Abstract:

气溶胶-行星边界层(PBL)相互作用加剧了我国特大城市的空气污染。研究表明，炭黑气溶胶在改善PBL气象条件、提高雾霾污染程度方面起着关键作用。通过2013年12月菲菲尔德观测的模型模拟和数据分析，我们发现BC在PBL中诱导加热，尤其是在PBL上部，导致的地表热流密度降低，实质上抑制了PBL的发展，从而增加了极端霾污染事件的发生。我们将这一过程称为BC的“穹顶效应”，并提出迫切需要通过减少BC的排放来缓解中国特大城市的极端雾霾污染。

1. Introduction

近年来，我国雾霾污染严重且持续不断，尤其是东部特大城市[Parrish and Zhu, 2009; Ding et al., 2013; Huang et al., 2014; Zhang et al., 2015]. 除了高排放率和快速形成二次气溶胶 [Huang et al., 2014; Guo et al., 2014], 这些异常高的天气现象的形成主要是由于不利的气象条件 [Ding et al., 2013; Z. Wang et al., 2014; Zhang et al., 2016]. 然而，目前运行的空气质量模型普遍低估了颗粒物的极端峰值质量浓度(PM)[Z. Wang et al., 2014; J. Wang et al., 2014], 使政府难以迅速采取行动或措施来处理这种极端污染事件，甚至在达到危险浓度时发出适当的早期警告。最近的研究发现，通过考虑气溶胶-行星边界层(PBL)反馈的“在线”耦合模型，可以提高此类事件的预测能力 [J. Wang et al., 2014; Zheng et al., 2015; Wang et al., 2015], .然而，对关键气溶胶成分和主导过程在这一反馈中的作用的定量认识仍然缺乏。

炭黑(BC)又称烟灰，由于其对人体健康的不利影响，是一种重要的颗粒污染物[Bond et al., 2013]. 与细纤维颗粒的总质量相比，BC只占城市大气气溶胶总质量浓度的5-15% [Yang et al., 2011].然而，从气候变化的角度来看，BC与棕碳(BrC)是大气中辐射最重要的气溶胶成分之一[Jacobson, 2001; BC被发现在区域甚至全球气候和极端天气中扮演着重要的角色[Menon et al., 2002; Ramanathan and Carmichael, 2008] and also extreme weather [Fan et al., 2015; Saide et al., 2015]. 由于BC在大气中的生命周期相对较短，减少BC的排放已被认为是减少全球变暖的可行方法 [Jacobson, 2001; Bond et al., 2013].

据报道，中国的BC排放量相当高。， Qin and Xie, 2012]，因此在严重雾霾事件期间BC浓度较高[Andersson et al.， 2015]。研究表明，BC在影响中国区域气候乃至极端天气方面发挥着关键作用[Yu et al.， 2001;钱等，2003;丁等，2013;Fan等，2015]。然而，到目前为止，中国还没有专门针对BC排放的控制措施，这可能是因为从气候和环境政策的角度来看，更多的努力主要针对的是二氧化碳和纤维微粒的总质量浓度。在本研究中，我们通过对华东地区各种fifield观测数据的建模仿真和数据分析，论证了BC与PBL气象学的交互作用，对我国特大城市冬季雾霾污染的增强起到了重要作用。

.图1所示。气溶胶- pbl相互作用对PM2.5浓度和PBLH水平分布和垂直结构的影响。(a)实验室外和室外PM2.5质量浓度在下午最大差异(12:00-16:00 LT)。(b)北京(BJ)和南京(NJ)轴8日霾日14:00 LT时实验EXP_WF和EXP_WoF PM2.5质量浓度差的横截面。红色实线和红色虚线分别为实验EXP_WF和EXP_WoF的平均PBLH。浓度在两个数字的单位是mu;g/m³

2. Results

2013年12月，中国近三分之二的领土遭遇严重雾霾污染(PM2.5超过中国二级空气质量国家标准，即,日均75mu;g/m³),特别是在中国东部的大城市(图S1a支持信息)。为了了解BC通过气溶胶- pbl相互作用对雾霾污染的影响，我们利用气象研究预报(WRF)模型结合化学(WRF- chem)进行了数值模拟，这是一个考虑复杂物理和化学过程的在线耦合三维欧拉化学输运模型[Grell et al., 2005]. 我们通过三个平行实验来运行模型:(1)没有任何气溶胶反馈(EXP_WoF)，(2)考虑所有化学成分(EXP_WF)的总(直接和间接)辐射效应的气溶胶反馈(EXP_WFexBC);(3)考虑除BC外的气溶胶反馈(EXP_WFexBC)。方法学部分给出了详细的模型配置，支持信息中给出了表S1。将模拟结果与地面实测PM2.5、BC浓度、上涌和下涌短波辐射、潜热和感热通量、无线电探空仪和飞机实测气象参数、化学成分进行对比，评价三次实验的模型性能。

run EXP_WF模拟的中国PM2.5月平均浓度(图S1b)较好地再现了中国东部PM2.5的空间变化(图S1a)。评估各种测量表明,公元前EXP_WF运行non-BC和气溶胶在捕捉最佳性能公元前的时序变化的垂直结构,吸收气溶胶光学深度、太阳辐射和地表能量收支的主要大城市在中国东部研究期间(图S2-S4和表S2)。另一方面,没有气溶胶反馈,该模型(EXP_WoF运行)大大低估了PM2.5浓度100mu;g m3在许多地区,如中国东部和四川盆地(图1),伴随着高估PBL高度(PBLH)和PM2.5浓度的PBL(图1 b)。

为了探索BC在气溶胶- pbl反馈中的作用,我们选择了霾天集(最大小时PM2.5浓度超过200mu;g / m3)在三个大城市,北京(BJ)在北方,南京(NJ)在南方,在西方和郑州的华北平原(图印地),和比较模拟垂直profifiles与探空观测空气温度,空气温度变化、日变化和垂直加热引起的BC如图2所示。运行EXP_WF，即，在完全气溶胶反馈的模拟下，再现观测到的气温垂直结构，特别是600米至1200米高度之间的垂直结构，表现最佳。对于EXP_WFexBC，与EXP_WF相比，在300 ~ 1200 m之间明显存在较大的低估(1 ~ 1.5℃)，说明BC在PBL上部气温变化中起着重要作用。大气中太阳辐射衰减的平均垂直剖面，定义为大气中太阳辐射强度的逐渐衰减.

图2。(a)三次WRF-Chem实验在20:00 LT时霾日观测

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