自20世纪80年代以来,迅速推进的工业化和城市化进程,严重影响着我国生态环境和空气质量,威胁着人群健康。尤其是我国北方地区,作为国家经济发展的支撑性力量,分布着大量的重工业以及能源型行业。化石燃料的燃烧和汽车尾气的排放,产生了大量的大气污染物,比较典型的有二氧化硫（SO₂）、氮氧化物（NO_x）和二次污染物地面臭氧（O₃）与细颗粒物(PM_2.5)等。而大量研究表明,植被能够有效地控制和减缓大气污染,在陆地生态系统中起着至关重要的作用。植被以及其他下垫面通过干沉降等自然环境过程,参与了对大气污染物的清除,从而改善空气质量和生态环境健康。尽管植被可以有效地清除大气中的污染物,但是同时也会通过大气化学等过程对空气污染产生一定的影响。作为植被生物合成活动的重要产物,每年都会有大量的活性生物挥发性有机污染物（BVOCs）产生于陆地生态系统并且排放到大气中去。而这些BVOCs在对流层化学、碳循环以及全球气候变化等过程中都发挥着重要作用。我国北方的三北防护林工程（Three Northern Region Shelter Forest,TNRSF）也被称为“绿色长城”,始于1978年,包括11个省和2个特大城市,北京以及天津。预计到2050年,整个三北地区的森林覆盖率将从20世纪70年代的5.05%提高到15.95%左右。而到2010年第四期工程为止,三北防护林的植被覆盖率已经达到12.4%。作为人类历史上最大的生态造林工程,三北防护林能够有效地改善我国整个北方地区的生态环境和大气污染。而华北平原作为三北防护林工程的重点建设区域,近几十年来,植被覆盖呈现出了显著的增长趋势,尤其是太行山一带和河北省的东北部地区。本研究利用大气干沉降模型估算了我国北方三北防护林地区大气污染物SO₂和NO_x的干沉降速率和通量,分析了其从1982-2010年的长期变化趋势。研究结果表明,近三十年来,随着植被覆盖面积的不断增加,在三北防护林的许多地区,SO₂和NO_x的干沉降速率都出现了明显的增长趋势,最高的增长幅度分别达到118.2%和112.1%。研究发现,在三北防护林的华北区域,大气中SO₂和NO_x的干沉降通量最高,其次为三北防护林的东北区域和西北区域。经计算,在1982-2010年期间,通过三北防护林的干沉降过程,总共有82万吨的SO₂和21.8万吨的NO_x从大气中被清除。其中,约50%的清除都发生在三北防护林的华北地区。通过1982-2010年林内和林外相邻农田区域的对比可以看出,三北防护林内SO₂和NO_x的干沉降通量明显高于林外区域,约2-3倍,充分说明了三北防护林对两种污染物清除的重要作用。本研究利用干沉降大叶模型和植被吸附模型,对我国三北防护林通过干沉降过程对大气污染物PM_2.5的清除作用进行了估算。利用卫星反演的PM_2.5大气浓度和模拟得到的干沉降速率,我们计算了从1999-2010年我国三北防护林地区PM_2.5的干沉降通量及其年际变化趋势。结果表明,近十年来,随着植被覆盖的不断增加,两种干沉降模型得到的PM_2.5干沉降速度在三北防护林的许多地区都出现了明显的上升趋势。并且,从1999-2010年三北防护林PM_2.5的干沉降通量也出现了积极的增长,这主要归因于该地区森林扩张所引起的干沉降速率的增加以及大气PM_2.5浓度升高的共同作用。同时,PM_2.5干沉积通量的最高值则出现在了三北防护林的华北地区,覆盖大部分京津冀区域,其次是西北地区和东北地区。然而,由于三北防护林的东北地区森林覆盖率较高,因此该地区植被对PM_2.5的吸附作用最为明显。而近十年来植被对PM_2.5清除作用增长最显著的区域则是三北防护林的华北地区,这主要是由于该地区植被覆盖的快速增加。值得注意的是,从1999-2010年,通过三北防护林的干沉降过程,对大气中PM_2.5的清除总量达到2.85×10⁷吨。我们的研究结果表明,三北防护林对PM_2.5的清除具有一定的促进作用,并且相比于1980年,2010年该地区大气PM_2.5的去除率提高了26%左右。为了进一步分析我国北方地区近几十年来生物源异戊二烯排放的长期变化趋势,以及三北防护林工程的具体影响,本研究还利用气体和气溶胶的生物排放模型（MEGAN v2.1）计算了从1982-2010年我国北方地区生物源异戊二烯的历史排放。经计算,近三十年来,我国整个北方地区异戊二烯的生物排放总量达到4.4 Tg,而三北防护林区域总量则为1.6 Tg,年均排放范围分别为13.2-17.6万吨以及4.5-7.0万吨。从1982-2010年,由于树木的生长和植被覆盖的增加,异戊二烯的排放通量在三北防护林的许多地区都出现了大幅度的增长,尤其是在三北防护林的华北地区,近三十年来,该地区异戊二烯排放通量的增长幅度更是达到58%。并且,人造林产生的生物源异戊二烯的排放量已经逐渐接近甚至超过自然林,比如我国东北的原始林。研究结果也表明,三北防护林已经改变了我国北方地区1982-2010年生物源异戊二烯的长期排放趋势,从原本的下降趋势（斜率k=-0.533）逆转为上升趋势（斜率k=0.347）,充分说明了人类活动在十年或者更长时间尺度上对BVOCs排放变化的重要影响。本研究利用气象和大气化学耦合模式WRF-Chem,以10年为一间隔,模拟了1980、1990、2000和2010年这四年内华北平原温暖季节（5-9月）地面O₃浓度的变化,来分析该地区森林覆盖变化对地面O₃的具体影响。模拟过程中使用两种不同的生物源排放方案。方案一,使用四个选定年份对应的生物源VOCs排放,该排放从1980-2010年随着植被覆盖的增长而变化;方案二,均使用固定的1980年生物源VOCs排放,即假定华北平原1980-2010年植被覆盖没有发生改变,作为参照实验。而两种方案中,均使用四个选定年份对应的人为源VOCs排放,近三十年来随着经济的发展而不断的增加。在增长的人为源和生物源VOCs排放的共同作用下,1980-2010年华北平原大部分地区的地面O₃浓度都出现了明显的上升趋势。而在臭氧形成过程中,相比于生物源排放,O₃前体物人为源的排放往往起到主导作用。但是从1980-2010年,在华北平原植树造林活动频繁的区域,生物源排放的贡献却是十分显著的。仅植树造林活动对北京市地面O₃形成的贡献就达到了1-2%,而在一些森林覆盖率较高而人口较少的城市地区,植被的贡献甚至可以上升到4-5%。同时,植被覆盖的增加,也会通过干沉降过程降低地面O₃的浓度,导致O₃的清除率增加6.6%-13.1%左右,其中以高森林覆盖以及山脉地区最为突出。然而,与干沉降的清除作用相比,生物源VOCs排放对地面O₃生成的促进作用更为显著,从而导致1980-2010华北平原地面O₃的浓度出现持续的增长。综上所述,近几十年来,随着三北防护林工程的不断推进,对我国北方地区SO₂、NO_x、O₃、PM_2.5以及异戊二烯等典型大气污染物都产生了重要的影响。随着三北防护林后面几期工程的持续开展,并且考虑其对其他污染物(如NH₃、PM₁₀等)的作用,可以预料三北防护林对我国北方空气质量的影响将会变得越来越显著。今后有必要进一步开展深入研究。