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湖泊对中国典型特大城市周边PM2.5地表浓度日变化的影响

湖泊效应,PM2.5浓度,日变化,湖陆环流,边界层,干沉降

主题2 大气物理、化学、环境 > 专题2.2 大气污染-天气气候相互作用

湖陆热力对比显著调控区域空气质量,但内陆湖泊调控PM_2.5及其组分日变化的耦合机制仍知之甚少。本研究对中国巢湖及邻近的合肥市进行了高分辨率 (1km) WRF-Chem模拟,以阐明这些相互作用。结果揭示了明显的日变化反转效应。白天,湖泊的存在促使湖面及周边城市地区PM_2.5增加超过10ug/m³, 通过抑制边界层高度、减弱垂直混合和降低干沉降速度,共同将湖泊转变为延长PM_2.5寿命的"储存区"。这种积累以二次PM_2.5为主,主要由于较冷且更湿润的湖面空气在热力学上有利于硝酸盐和铵盐的形成。此外,湖风与背景风交汇形成的辐合区创造了局地停滞陷阱,加剧了湖岸污染。夜间,虽然湖面维持较高的PM_2.5浓度,但其对城市的影响发生反转,表现出净化效应,城市PM_2.5降低超过10 ug/m³,因为陆风环流增强了垂直混合并促进了一次污染物的扩散。敏感性实验表明,若排放清单未能区分湖面,会显著放大白天污染。这些发现强调湖泊作为城市空气质量的复杂双重调节器,已识别的机制可能适用于全球其他城市—湖泊系统。本研究突显了高分辨率气象建模和精确地表特征描述对改善湖泊邻近大城市地区空气质量预报的必要性。