华中地区两湖盆地重污染过程中大气污染物区域传输及降水清除的重要作用：

观测分析与WRF-Chem模拟

胡未央

两湖(湖北和湖南)盆地位于华中地区，海拔地势低于200 m。2019年1月3-9日两湖盆地发生了持续的区域性PM_2.5重污染事件。本文利用环境-气象观测资料和WRF-Chem模式模拟，揭示了两湖盆地的这次冬季典型重污染事件形成、累积和消散过程的PM_2.5三维结构变化特征，定量评估了区域PM_2.5传输和降水湿清除对PM_2.5浓度变化的影响。

位于东亚季风区的我国中东部地区冬季盛行偏北风。冬季风冷空气南下驱动PM_2.5从上游的华北-中原平原源区向南输送至下游的两湖盆地地区（图1a），导致PM_2.5污染峰值从邯郸、郑州、南阳传输至襄阳存在准2天滞后现象（图1b）,揭示了我国中东部冬季重霾污染过程中华北-中原平原和两湖盆地地区之间存在PM_2.5区域传输的源-授关系。此外，降水对两湖盆地PM_2.5存在显著清除作用（图2），在重污染过程形成和消散阶段降水和PM_2.5浓度相关系数分别达到-0.57和-0.44，均通过95%的置信度检验，反映了两湖盆地降水湿清除对PM_2.5浓度变化的重要影响。

图1a2019年1月3日03:00 -1月10日07:00期间我国中东部地区平均PM_2.5和ERA5-Land风场分布情况。黑色虚线表示沿盛行东北风的区域PM_2.5传输路径，其中圆圈数字1、2、3和4分别表示邯郸、郑州、南阳和襄阳。图1b2019年1月1-10日上游地区城市邯郸、郑州、南阳和两湖盆地城市襄阳这4个城市PM_2.5的逐小时变化；灰色虚线表示地面PM_2.5浓度的重污染水平(150 μg m⁻³)， 两个箭头表示了重污染期间从邯郸到郑州、南阳、襄阳的PM_2.5峰值的滞后时间间隔。

图22019年1月3日-10日两湖盆地区域平均PM_2.5浓度(红线)和降水(黑色三角形)的逐时变化，浅蓝色阴影表示明显降水时期

为定量评估区域PM_2.5传输和降水对两湖盆地PM_2.5变化的贡献，利用WRF-Chem模式设计三组实验：控制实验、传输实验和降水实验。随着冷空气南下，PM_2.5也同时从中国北部地区（主要为华北-中原平原）顺着强偏北风输送到两湖盆地（图3a-c）。此外，由于盆地南部地形和南风阻挡形成局地大气环流，PM_2.5受到阻碍而停滞在盆地内，同时大气环流的下沉气流将高空PM_2.5输送至盆地近地面，进一步恶化了两湖盆地空气质量。

图3（a）2019年1月4号02时、（b）2019年1月4号14时和（c）2019年1月5号14时PM_2.5以及风场沿盛行风（图1a黑虚线）的垂直剖面情况。垂直风矢量乘100以显示环流特征；红框表示两湖盆地空间范围。

我国中东部大气污染物区域传输对两湖盆地贡献呈现由北向南明显下降的空间分布，在重污染阶段区域平均贡献达到70.5%，体现了大气污染物区域传输对两湖盆地重污染事件的主导作用。降水对PM_2.5清除贡献达到55.3%，不同于我国其它地区强风对PM_2.5污染的主要清除作用，表现了降水对两湖盆地重PM_2.5污染清除的重要影响。

     上述研究成果已在Science of the Total Environment上发表，得到国家自然科学基金项目（41830965; 42075186; 91744209），国家重大研发计划项目（2016YFC0203304）以及江苏省研究生科研与实践创新计划(KYCX20_0951)的资助。第一作者为硕士研究生胡未央，通讯作者为赵天良教授。

文章信息：Hu, W., Zhao, T., Bai, Y., et al. Importance of regional PM_2.5 transport and precipitation washout in heavy air pollution in the Twain-Hu Basin over Central China: Observational analysis and WRF-Chem simulation. Science of the total Environment., 2020, https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2020.143710.