灰霾攻关11部分—.doc

一）攻关目标（200字以内，包括科学技术上的突破，与支撑管理/公众 关切等问题的结合点）针对京津冀地区以秋冬季灰霾为标志的重污染事件，开发基于卫星遥感和地 基遥感观测的大气污染标志物二氧化氮（NO?）三维立体时空分布数据产品，实 时监测区域大气污染状况；基于卫星遥感观测的对流层气溶胶光学深度（AOD） 和光吸收性气溶胶指数（AAI）获取大气颗粒物及光吸收性气溶胶的时空演化特 征；基于地基遥感观测获取大气颗粒物及HONO、NO2> O3等大气氧化剂的垂 直分布，评估垂直方向上的化学转化过程对于二次气溶胶及灰霾污染的影响二）主要研究内容（2500字以内，可分3・5项内容）1） 重霾天气下卫星遥感对流层污染物反演算法优化卫星遥感能有效弥补地面点式及遥感观测平台在观测空间范围上的不足，是 从宏观层面全面掌握区域污染现状和演化趋势，并对重点污染源进行持续跟踪的 重要手段然而，卫星遥感观测的数据质量受到反演算法的影响目前我国大气 环境研究领域使用的卫星数据产品主要基于欧美国家开发的反演算法，其反演结 果无法体现我国京津冀地区城市尺度上污染源的快速变化；卫星遥感在高气溶胶 浓度背景下反演误差较大，特别是在重霾天气时甚至完全无法获取有效数据，而 此时段的大气污染物浓度和空间分布信息对于重污染机理研究和污染治理至关 重要。

因此提高卫星对重污染期间大气污染物的观测能力，就成为拓展卫星遥感 在大气污染研究中的应用，进而为未来2年的污染控制措施提供科学依据的基础本项目将通过高网格辨率的WRF-Chem模式（如27 kmx27 km和9 kmx9 km ） 模拟以及地基激光雷达和多轴差分吸收光谱（MAX-DOAS）遥感观测相结合的 方法为卫星反演提供高时空分辨率和高精度的先验廓线，提高卫星反演的精度， 并评估先验廓线的时空分辨率对卫星反演精度的影响；基于地基遥感获得的高精 度气溶胶廓线计算对流层污染物反演算法中的散射权重因子，建立高气溶胶载荷 下卫星反演结果的优化方法，最大限度的高气溶胶浓度引起的多次散射带来的反 演误差，提高卫星遥感对重污染天气下大气污染物的观测能力，并通过探空数据 对卫星反演精度进行校验2） 基于立体遥感观测的对流层NO?时空分布动态数据库产品氮氧化物（NOx二NO+NCh）是重要的大气污染物和二次气溶胶硝酸盐的前体 物，同时二氧化氮（NO?）还是大气中的重要氧化剂，能促进二氧化硫（SO2） 向硫酸盐的转化，进一步增加二次气溶胶的生成大气中的NOx主要来自机动 车尾气和燃煤，绝大多数以NO的形式排放,NO在大气中能快速的转化为NO?, 因此可以用NO?的浓度指示一个地区的污染演化趋势。

本项目将利用优化后的 卫星反演算法对京津冀及周边地区对流层NO?垂直柱浓度空间分布进行连续观 测，并对大型火电厂、钢铁厂等重点污染源进行持续跟踪，利用卫星观测数据进 行自上而下的排放源的估算，校验排放清单；利用位于东南传输通道上的 MAX-DOAS网络（国科大••大气所-城南监测站-保定）获取NO?的垂直廓线, 并对卫星反演结果进行校验和标定；通过建立卫星遥感、地基MAX-DOAS 遥感以及地面环境监测站点式仪器观测数据的融合和同化技术，开发京津冀地区 NO?三维立体时空分布数据产品，并实现该数据产品的实时更新，为大气重污染 成因和新机理的验证提供观测数据的支持3） 基于卫星遥感的气溶胶及光吸收性气溶胶时空演化研究黑炭（BC）、棕碳（BrC）和沙尘是大气中主要的光吸收性气溶胶，对于大气 能见度、辐射平衡、边界层演化和人体健康都有重要影响BC来自燃煤、机动 车尾气和生物质燃烧等燃烧源，BrC则主要来自生物质燃烧气溶胶及其在大气中 的老化过程，而沙尘对于京津冀地区秋冬季空气质量的影响较小光吸收性气溶 胶主要反映了一次源排放的贡献本研究将基于优化后的反演算法，利用卫星遥 感对京津冀及周边地区对流层AOD进行连续观测，并与地基激光雷达观测及滤 膜采样分析结果对比验证，建立AOD与PM2.5之间的定量关系，并结合气象数 据分析区域传输对重点城市灰霾污染的影响；基于卫星遥感观测的AAI指数指 示京津冀地区光吸收性气溶胶，通过与地面滤膜采样分析和监测结果对比验 证，建立AAI与光吸收性气溶胶之间的关系，初步形成一套基于卫星遥感的光 吸收性气溶胶观测方法。

4） 大气氧化剂垂直分布规律及其对二次颗粒物的影响气态亚硝酸（HONO）是城市大气中OH自由基的主要初级来源，是大气复 合污染中维持大气氧化性的主要因素，而03和NCh也是大气中的重要氧化剂 这些大气氧化性对于二次颗粒物的生成有着至关重要的影响传统的大气氧化剂 观测主要是基于点式仪器的近地面观测然而大气氧化剂在垂直方向上的分布并 不均匀，高空中的大气氧化剂可能成为近地面以上大气化学转化及二次颗粒物生 成过程的重要驱动力，也可以通过垂直传输过程影响近地面的大气氧化性本研 究将基于地基MAX-DOAS和臭氧激光雷达获取大气氧化剂HONO、NO?和03 的垂直廓线，结合气象参数和大气化学模式（如WRF-Chem）模拟分析大气氧 化剂垂直分布的成因；利用细颗粒物雷达观测的气溶胶消光系数指示PM2.5浓度, 并进一步利用退偏比参数指示其中的二次成分，通过分析气溶胶消光系数、退偏 比和大气氧化剂在垂直方向上的相互关系，获取近地面以上大气化学转化及二次 颗粒物生成的直接证据，并评估其灰霾污染演化过程的影响（三） 关键技术和难点（300字以内）1） 重污染天气条件下卫星遥感大气污染物的反演技术；2） 多平台观测NO?数据的融合和同化技术；3） 基于卫星遥感的黑炭气溶胶观测技术；4） 高空中化学转化机制及其对灰霾演化的影响。

四） 主要产出和时间进度（500字以内，时间进度必须严格遵守攻关时间表和 路线图，鼓励提前完成）2017年9月前：完成卫星遥感观测算法的优化，建立卫星对重污染期间污染物 的观测方案2018年2月前：基于改进后的卫星反演算法，获取京津冀及周边地区高精度的 NO2对流层垂直柱浓度、AOD和AAI时空分布数据；获取基于地基MAX-DOAS 和激光雷达的NO2和气溶胶廓线2018年9月前：建立多平台NO?观测数据融合和同化技术，完成京津冀地区NO? 三维立体时空分布数据产品，并实现该数据产品的业务化运行；完成卫星遥感 AOD和AAI指数的地面观测验证，建立基于卫星遥感的黑炭气溶胶观测方法; 2019年2月前：获取区域传输和垂直输送对京津冀秋冬季灰霾污染影响规律2019年8月前：阐明大气氧化剂垂直分布及其对高空大气化学转化和二次气溶 胶生成影响机制2019年9月前：总结研究成果，项目结题五） 经费需求：在符合国家财政、审计等工作要求下，按照实事求是的原则 科学合理提出经费需求本项目执行所需的仪器设备基本已经具备，所需经费主要用于购买地基遥感 仪器耗材、离线采样和点式观测耗材，支付样品分析和遥感反演、外场观测 及研究生劳务费及国际合作交流费用，总计XXX万元，经费概算如下。