1. 标题
人为排放快速下降背景下中国东部气溶胶性质的反转现象
Reversal of Aerosol Properties in Eastern China with Rapid Decline of Anthropogenic Emissions
2. 成果信息
Tao M, Wang L, Chen L, et al. Reversal of Aerosol Properties in Eastern China with Rapid Decline of Anthropogenic Emissions[J]. Remote Sensing, 2020, 12(3): 523.
https://doi.org/10.3390/rs12030523
本课题由国家重点研发项目(批准号:2017YFB0502805)和国家自然科学基金(批准号:41871262、41830109)资助。
3. 成果团队成员
陶明辉，教授，154.com皇冠，博士生导师，主要研究方向为大气环境遥感。 （邮箱：taomh@cug.edu.cn）
王莉莉，副研究员，中国科学院大气物理研究所，大气边界层物理与大气化学国家重点实验室，硕士生导师，主要研究方向为大气环境和卫星遥感运用。
陈良富，研究员，中国科学院遥感与数字地球研究所，遥感科学国家重点实验室，博士生导师，主要研究方向为大气环境遥感。
4. 成果介绍
雾霾污染是政府和社会广泛关注的重大环境问题，自2013年以来，中国政府开始实施大气污染防治计划，在过去五年内中国地区的人为排放经历了前所未有的变化。在该背景下，与气候变化紧密关联的气溶胶的光学和微物理特性的变化对区域大气环境和气候变化研究具有重要意义；本研究基于MODIS、MISR、以及地基AERONET站网观测资料，对中国地区气溶胶光学特性进行了综合研究，发现与大气污染治理行动前相比，在2013-2018年期间，中国东部气溶胶浓度大幅下降，尤其是光学性质呈现了显著的反转现象，在2013年前气溶胶吸收特性不断减弱，但是随着2013年以来工业排放大幅消减，黑炭等组分占比的显著增加导致气溶胶吸收特性不断增强，对区域空气质量和气候变化具有重要意义。
图1 2013 - 2018年中国MODIS DB AOD年平均值
图2 （a–c）MISR AOD，以及（d–f）非球形AOD，分别对应时间段2003–2007年、2008–2012年和2013–2018年
气溶胶光学厚度（AOD）通常被用以表征PM2.5。MODIS AOD在东部热点地区从~0.8下降至~0.5。中国区域雾霾污染的频率下降了约60％。从2013年开始，细模态颗粒的数量持续下降，与之相对应的是政策管控下人为排放的大量减少；而粗粒气溶胶的水平则没有规律性变化。不同尺寸模式的MISR AOD显示，2013-2018年期间粗颗粒总体上有所减少，参与贡献的主要是自然源成分。与2001–2012年单次反照率（SSA）的增加（> 0.05）相反，自2013年以来，气溶胶吸收性随着SSA的减少（~ -0.03）而变得更强。
图3 北京、香河、徐州和太湖站点AERONET SSA值月变化量
尽管PM2.5浓度迅速下降，但夏季区域性O3污染成为中国东部地区新的空气质量问题。如图4所示，中国北方日间最大8小时O3浓度的平均值从2013年的120μg/ m3增加到2018年的170μg/ m3（高于中国环境空气质量标准规定的160μg/ m3）。作为O3的主要气态前体物之一，NOx的排放在2013-2018年期间明显减少了。然而，气溶胶消光减小使中国东部太阳辐射得到大幅增强，进而促进光化学反应中O3的形成，这可能是东部地区臭氧污染加重的原因。
图4 3-2018年夏季，中国大陆白天8小时O3的年平均值
气溶胶特性的急剧变化极大地改变了中国东部的气溶胶辐射强迫（ARF）。 在2001–2012年期间，北京的大气最高（TOA）和最低（BOA）ARF分别降低了约30 W / m2和50 W / m2。 尽管2013年后气溶胶载量继续下降，但自2013年以来，TOA和BOA 气溶胶辐射强迫的量分别增加了约10 W / m2和30 W / m2，这种ARF趋势逆转主要是由于气溶胶吸收率提高。
图5每月北京气溶胶辐射强迫的时间变化
整体来说，大气污染治理行动在中国东部地区产生了一定的效果，主要体现在PM2.5污染的减少。考虑到气溶胶特性趋势的巨大变化，需要进行更全面的研究，以增进对中国气溶胶特性的强烈气候和环境影响的了解。
