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大氣所通過反演技術改進了中國氨氣排放清單
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2019-10-29 | 【 【關閉】

  氨在大氣化學中扮演著重要角色。作爲最主要的堿性氣體,它在大氣中可與酸性氣體反應,生成硫酸铵和硝酸铵等二次氣溶膠,是霧霾期間大氣細顆粒物的主要成分。雖然氨在大氣中可以中和酸性物質,起到調節pH的作用(如,緩解酸雨),但氨氣及其反應産物铵鹽還可以通過幹、濕沈降的方式到達地表,引發土壤酸化和水體富營養化等環境問題,甚至導致生物多樣性降低。因此,控制氨氣排放不僅有利于改善大氣環境,也有助于保護生態環境,是守護青山綠水藍天的重要舉措。

  准確掌握大氣氨排放總量及時空分布是制定減排方案的重要基礎。過去幾十年,科學家主要通過“自下而上”的方法估算中國氨排放。由于這套氨排放估算方法體系的複雜性,不同研究者得到的中國氨排放量差異很大(8.4-18.3Tg)。“自上而下”的反演技術是減少大氣汙染源清單不確定性的有效手段。近年來也有研究者通過衛星氨氣柱濃度或者铵鹽濕沈降資料反演氨氣排放,但不同反演研究仍存在一定差異,且空間分辨率較低,無法把握氨排放的細致空間變化特征。

  为解决上述问题,基于自主研发/建立的嵌套网格空气质量模式(NAQPMS)、集合卡尔曼滤波反演技术(EnKF)和中国大气氨观测网络(AMoN-China),中國科學院大气物理研究所与国内外多家单位合作,首次利用中国地面氨气浓度观测数据对国家尺度大气氨排放进行了较高时空分辨率(逐月、15公里)的反演优化,获得了2015年9月至2016年8月中国区域氨的逐月反演排放量,

  在排放總量上,改進清單估算的中國氨排放總量約13.1Tgyr-1,較先驗清單高大約27%,其中西北地區的增幅最大。從空間上看,改進的清單識別出我國華北、西北及中部地區大量的氨排放熱點,而這些熱點信號在先驗清單中存在低估或缺失的情況。在季節變化上,改進清單估算的中國夏季氨排放量是冬季的兩倍以上,同時對于不同區域的氨排放月變化也進行了優化與調整,大大減少了以往氨氣清單在不同區域月變化估計上的不確定性。

  这一改进的中国氨气排放清单将有助于提升大气化学传输模型的模拟效果,为大气污染物生态环境效应评估和减排策略的制定提供帮助。目前,这一成果在线发表在环境科学与工程领域期刊Environmental Science&Technology (IF=7.15,一区TOP),反演的清单数据可通过联系论文通讯作者获取。中國科學院大气物理研究所博士生孔磊为该论文第一作者,唐晓副研究员和潘月鹏研究员为通讯作者。论文合作单位包括北京师范大学、成都信息工程大学和美国爱荷华大学。该研究受到国家自然科学基金(No. 91644216, No. 41575128, No. 41875164 and No. 41405144)、国家重点研发计划(2017YFC0210103, 2016YFC0201802)和广东省科技发展专项资金(No. 2017B020216007)项目资助。

圖1:中國大氣氨年排放總量空間分布圖:先驗源(左上)及反演源(右上),以及我國西北(左下)及華北(右下)地區氨排放月變化曲線圖。

  論文鏈接:

  Kong, L., Tang, X., Zhu, J., Wang, Z., Pan, Y., Wu, H., Wu, L., Wu, Q., He, Y., Tian, S., Xie, Y., Liu, Z., Sui, W., Han, L., Carmichael, G., 2019. Improved Inversion of Monthly Ammonia Emissions in China Based on the Chinese Ammonia Monitoring Network and Ensemble Kalman Filter. Environ Sci Technol. http://dx.doi.org/10.1021/acs.est.9b02701

 

 
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