面向MOSAIC气溶胶机制的GSI同化系统开发及对2015-2017年冬季京津冀地区污染变化特征的研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    41807312
  • 项目类别：
    青年科学基金项目
  • 资助金额：
    26.0万
  • 负责人：
    陈丹
  • 依托单位：
    北京城市气象研究院
  • 学科分类：
    D0703.环境大气科学
  • 结题年份：
    2021
  • 批准年份：
    2018
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2019-01-01 至2021-12-31

项目摘要

The winter-time aerosol pollution in Beijing-Tianjin-Hebei Region fluctuate during 2015-2017. Simulations by traditional 3-D regional air quality models have large uncertainties for that region. 3DVAR data assimilation combining the observational data and regional models, can correct concentration fields and also generate reanalysis fields, thus improve model performances. NCAR group developed the GSI-WRF/Chem data assimilation system for the GOCART dust aerosol scheme. However this scheme is not appropriate for the aerosol characteristics in the heavy polluted regions in China. In this proposal, we will build the GSI-WRF/Chem system for the MOSAIC aerosol scheme and apply the system to Beijing-Tianjin-Hebei Region. The development includes three parts: (1) the framework of the DA system and the control variable interface, (2) Observation operator and observation error modules to use the MEP PM2.5 observation network, (3) Background error covariance module for the MOSAIC scheme. By using the new DA system, we will also generate 2015/2016/2017 winter-time PM2.5 reanalysis fields and investigate the winter-pollutions in Beijing-Tianjin-Hebei region, focusing on the temporal/spatial changes, annual changes and driving factors.
传统三维大气模式在京津冀的模拟存在较大不确定性。结合观测的三维变分资料同化方法，通过纳入观测修正模拟，同时产生三维再分析场，有效提高气溶胶模拟能力。NCAR团队曾基于GSI-WRF/Chem系统，开发了面向GOCART沙尘气溶胶的同化系统；但是该机制并不适宜表达中国重污染地区气溶胶组分特点。本研究拟基于GSI-WRF/Chem同化系统，建立面向MOSAIC多物种多粒径段气溶胶方案的同化模块，并将该系统应用于京津冀地区。主要研究工作包括：（1）建立面向MOSAIC方案的分析变量系统和同化框架；（2）重建观测算子，构建针对环保部国控网的PM2.5观测误差模块；（3）建立面向MOSAIC方案的背景误差协方差模块。拟利用该系统构建纳入观测的2015-2017冬季逐小时PM2.5三维再分析场，分析京津冀地区冬季污染变化特征（时空变化、年际变化及驱动要素等），揭示该区域气溶胶污染的气象和化学机制。

结项摘要

传统三维大气模式在京津冀的模拟存在较大不确定性。结合观测的三维变分资料同化方法，通过纳入观测修正模拟，同时产生三维再分析场，有效提高气溶胶模拟能力。NCAR团队曾基于GSI-WRF/Chem系统，开发了面向GOCART沙尘气溶胶的同化系统；但是该机制并不适宜表达中国重污染地区气溶胶组分特点。本项目针对中国重污染地区气溶胶特点，开展了GSI-WRF/Chem面向MOSAIC多物种多粒径段的气溶胶资料同化系统的研发及应用工作。.同化技术研发上，我们采用“直接法”对同化中多物种多粒径段的气溶胶组分进行了显式表达，以适应从GOCART沙尘气溶胶到MOSAIC人为源相关组分，并更新拓展了分析变量、观测算子和背景误差协方差。不同粒径段不同物种的背景误差标准方差差异非常明显地反映了京津冀重污染地区以无机盐气溶胶为主要成分的特点；单点试验也显示了同化前后PM2.5总质量、无机盐组分绝对浓度和占比都发生了很大的变化，证明了同化系统的可靠性。.同化效果验证上，我们以2015/2016/2017三年冬季（1月）为例，利用该同化系统开展了1小时循环同化试验，输入1500余个国控站点逐小时PM2.5观测，构建了逐小时三维PM2.5再分析场。与观测比对显示同化对全国大范围的浓度高估，以及新疆、汾渭平原等地区的低估有非常明显的模拟改善，PM2.5平均偏差下降至±5 µg m−3 ；全域时序变化和单个站点上的逐小时统计都显示了同化在全局和单独站点上起到了重要作用。.同化系统应用上，具体将全国分成8个区域，结合2015-2016-2017年1月的PM2.5再分析数据和敏感性模拟分析，利用差减法对气象和排放的贡献进行了初步分离。通过上述方法揭示，2016和2017年的气象条件在北部地区有很大的差异，特别是2017年冬季，虽然相比2016年全国大部呈上升趋势，但气象有很大的不利因素，而排放削减仍然在持续执行中。.我们所研发的同化系统对于适用于中国重污染地区纳入观测的再分析数据构建具有重要的意义；对于未来的精准减排评估需求，以及减排带来的健康效应评估，特别是污染峰值相关短期暴露带来的死亡等，将提供更为精准的信息。

项目成果

期刊论文数量（2）
专著数量（0）
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专利数量（0）
The 2015 and 2016 wintertime air pollution in China: SO2 emission changes derived from a WRF-Chem/EnKF coupled data assimilation system
2015年和2016年中国冬季空气污染：WRF-Chem/EnKF耦合数据同化系统得出的SO2排放变化
  • DOI：
    10.5194/acp-19-8619-2019
  • 发表时间：
    2019
  • 期刊：
    Atmospheric Chemistry and Physics
  • 影响因子：
    6.3
  • 作者：
    Chen Dan;Liu Zhiquan;Ban Junmei;Chen Min
  • 通讯作者：
    Chen Min
Retrospective analysis of 2015-2017 wintertime PM2.5 in China: response to emission regulations and the role of meteorology
2015-2017年我国冬季PM2.5回顾分析：排放法规响应与气象作用
  • DOI：
    10.5194/acp-19-7409-2019
  • 发表时间：
    2019
  • 期刊：
    Atmospheric Chemistry and Physics
  • 影响因子：
    6.3
  • 作者：
    Chen Dan;Liu Zhiquan;Ban Junmei;Zhao Pusheng;Chen Min
  • 通讯作者：
    Chen Min

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课题项目：调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要：

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题，其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子，其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而，TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用，影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法，探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用，为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义，并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路：

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研究创新点：本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线：包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术：TRIM2与病毒RNA的相互作用分析，IFN-β启动子活性检测。
实验模型：使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
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          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
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