广州地化所基于外场观测对异戊二烯估算校验方面取得研究进展

  

全球来源于植被排放的生物源挥发性有机物(BVOCs)是人为源排放VOCs7倍左右,其中异戊二烯C5H8约占BVOCs总排放量的一半,且大气反应活性极强,是生成大气臭氧、二次有机气溶胶的重要前体物,因而全球气候变化和区域空气质量研究中,异戊二烯的直接和间接影响不可忽视,准确估计其排放是探讨其作用影响的重要前提。然而,当前无论全球还是区域异戊二烯排放估算都存在不确定性,前期不同研究对中国地区异戊二烯排放量的估算甚至有数倍差异,如何缩小其排放估算的不确定性具有很大的挑战性。地基观测和模型模拟对比是广泛用于验证排放清单的方法之一。因模型模拟结果为网格均值,而观测结果则为网格内的特定站点的测量值,这种比较可能有其固有偏差。然而,基于大范围长时间的观测结果与模式模拟值进行比较,即使对异戊二烯这种活性气体也可以提供一些排放方面的有益启示。

丁香五月综合缴情综合-丁香五月婷婷-丁香五月啪啪王新明研究员团队的张艳利特任研究员与来自佐治亚理工、香港科技大学和中国科学院大气物理研究所等多名学者合作,基于2012-2014年间在中国科学院生态观测网络(CERN)在全国的20个站点开展的为期两年的野外观测,将所获得的1700多个实测异戊二烯的浓度值,与MEGAN排放模式和REAM大气化学模式估算得到的异戊二烯浓度进行对比校验,发现对于全国20个站点两年所有数据,模式模拟的平均结果总体比观测值低13%,而对于生长季节二者的平均结果则表现出很好的一致性。然而,如果进一步对生长季节不同区域站点逐个对比校验,发现以秦岭-淮河线为分界的北方地区和南方地区野外观测值非常接近,并无显著差异,但模式模拟结果则显示南方地区平均浓度为北方地区的4倍左右。另外,北方地区模式模拟值相对观测值均呈现不同程度的低估,而处于秦岭-淮河线以南的站点模式模拟值则相对观测值有不同程度的高估。各站点观测值和模式模拟值的月变化趋势对比表明,模式模拟的月变化规律与温度变化趋势一致,而观测结果的月变化趋势则与此不同。尤其是北方地区,在非生长季节(秋冬季)也观测到较高浓度的异戊二烯,而模式模拟结果显示在非生长季节北方地区异戊二烯浓度几乎为零;分析发现在非生长季节异戊二烯升高的同时,煤燃烧或生物质燃烧排放的一氧化碳、苯、氯甲烷和乙炔等标志性污染物也同步升高,表明非生长季节异戊二烯排放可能与人为活动有关,而前期针对煤燃烧或生物质燃烧源的源谱表征工作也检测到异戊二烯的排放。

模式对北方排放低估和南方排放高估,可能与近年来中国北方植树造林和南方城镇化加快有关,而模式采用的植被分布等数据未能及时反映出这些变化;北方地区非生长季节人为排放源的贡献也是导致差异的原因之一,而观测站点和观测方案的选取也会影响对比结果。对模拟结果影响最大的因素主要来源于排放因子和植被分布组成,这也是排放估算模式中改进的重要着力点,同时更大范围更高时间分辨率的外场观测可为模式校验、改进提供更好的基础数据集。

该研究获得国家自然科学基金、中国科学院青年创新促进会、香港Theme base等项目资助。成果近期发表于地学领域期刊Journal of Geophysical Research: Atmospheres

相关论文信息:Zhang, Y.L., R. Zhang, J.Z. Yu, Z. Zhang, W.Q. Yang, H.N. Zhang, S.J. Lyu, Y.S. Wang, Y.H. Wang and X.M. Wang (2020). Isoprene mixing ratios measured at twenty sites in China during 2012-2014: comparison with model simulation. Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 125, e2020JD033523.

论文连接:https://doi.org/10.1029/2020JD033523

   (有机地球化学国家重点实验室 & 科技与规划处 供稿) 

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