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大气所通过反演技术改进了中国氨气排放清单
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2019-10-29 | 【 【关闭】

  氨在大气化学中扮演着重要角色。作为最主要的碱性气体,它在大气中可与酸性气体反应,生成硫酸铵和硝酸铵等二次气溶胶,是雾霾期间大气细颗粒物的主要成分。虽然氨在大气中可以中和酸性物质,起到调节pH的作用(如,缓解酸雨),但氨气及其反应产物铵盐还可以通过干、湿沉降的方式到达地表,引发土壤酸化和水体富营养化等环境问题,甚至导致生物多样性降低。因此,控制氨气排放不仅有利于改善大气环境,也有助于保护生态环境,是守护青山绿水蓝天的重要举措。

  准确掌握大气氨排放总量及时空分布是制定减排方案的重要基础。过去几十年,科学家主要通过“自下而上”的方法估算中国氨排放。由于这套氨排放估算方法体系的复杂性,不同研究者得到的中国氨排放量差异很大(8.4-18.3Tg)。“自上而下”的反演技术是减少大气污染源清单不确定性的有效手段。近年来也有研究者通过卫星氨气柱浓度或者铵盐湿沉降资料反演氨气排放,但不同反演研究仍存在一定差异,且空间分辨率较低,无法把握氨排放的细致空间变化特征。

  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),美高梅手机版游戏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,

  在排放总量上,改进清单估算的中国氨排放总量约13.1Tgyr-1,较先验清单高大约27%,其中西北地区的增幅最大。从空间上看,改进的清单识别出我国华北、西北及中部地区大量的氨排放热点,而这些热点信号在先验清单中存在低估或缺失的情况。在季节变化上,改进清单估算的中国夏季氨排放量是冬季的两倍以上,同时对于不同区域的氨排放月变化也进行了优化与调整,大大减少了以往氨气清单在不同区域月变化估计上的不确定性。

  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。美高梅手机版游戏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。

图1:中国大气氨年排放总量空间分布图:先验源(左上)及反演源(右上),以及我国西北(左下)及华北(右下)地区氨排放月变化曲线图。

  论文链接:

  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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