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| 探因中国雾霾：工业排放与汽车排放污染物共存 |
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时间:2014-1-14 |
2013年12月30日，中科院大气物理研究所研究员张仁健课题组发表在国际期刊《大气化学与物理学》上的一篇论文引发关注。
该论文研究了北京城区细颗粒物总体污染水平及季节变化特征，其中关于北京“汽车尾气与垃圾焚烧”对雾霾的平均贡献只有4%的结论，与此前其他研究机构的结论大相径庭。
关于北京雾霾PM2.5的来源，国内相关研究机构都发表过各自的研究结论，机动车的“贡献”一般认为在10%～50%之间，多数认为在20%～30%之间。
2014年1月2日上午，北京市环保局副局长方力在“2013年北京市空气质量状况新闻通报会”上，对“PM2.5中汽车尾气仅占4%”回应说，仅为“一家之言”。当日下午，中科院紧急召开新闻通气会，对这一研究结论进行澄清。
张仁健课题组的论文认为，北京PM2.5有6个重要来源，分别是土壤尘、燃煤、生物质燃烧、汽车尾气与垃圾焚烧、工业污染和二次无机气溶胶，这些源的平均贡献分别为15%、18%、12%、4%、25%和26%。
“这个研究本身不能说错。”中科院“大气灰霾追因与控制”专项首席科学家贺泓向本刊记者解释说，“请注意，它的源解析中有二次无机气溶胶，这里面很大部分是由机动车排放的气体转化的。另外，二次有机气溶胶的相当一部分也是来自机动车的排放。”
贺泓表示，要精确说明“二次气溶胶”的来源，目前还做不到。他认为，“二次气溶胶”的形成机制不完全清楚正是目前中国雾霾“机理不明”的关键所在。
“二次气溶胶”
二次气溶胶在PM2.5中占大部分。“这是通过对我国16个站点、两年的分析发现的，各地的雾霾以二次气溶胶为主。”中国气象科学研究院副院长张小曳告诉本刊记者。
我国对气溶胶的研究始于20世纪90年代左右。张小曳从1989年开始一直致力于气溶胶的研究，是我国较早从事气溶胶研究的科学工作者之一。他也是国家“973”计划“我国大气气溶胶及其气候效应”和“气溶胶-云-辐射反馈过程及其与亚洲季风相互作用的研究”项目的首席科学家。
张小曳向本刊记者解释说，空气中能够影响能见度的物质有两种，分别是颗粒物和水滴。颗粒物就是气溶胶。根据气象学上的定义，霾是大量极细微的干尘粒等均匀地浮游在空中，使水平能见度小于10千米的空气普遍浑浊现象。这里的干尘粒指的就是干气溶胶粒子。
云则是指悬在空中的水滴，当它到达地面后也称为雾。但是如果没有凝结核，在实际的大气中云雾也无法形成。当空气中水汽较多时，某些吸水性强的干气溶胶粒子会吸水长大，并最终活化成云雾的凝结核，若污染粒子很多，就会产生更多、更小的云雾滴，使能见度进一步降低，低于1千米时被定义为雾，而能见度在1~10千米时则被定义为轻雾。
因此，没有干气溶胶粒子就不能形成霾，没有气溶胶粒子参与在实际大气中也无法形成雾。
张小曳进一步解释说，由于雾和霾都能影响能见度，所以，能见度低于10千米时，有时可能既有霾的贡献，也有雾的贡献。霾和雾在一天之中可以变换角色，甚至在同一区域内的不同地方，雾和霾也会有所侧重。一般情况下，大家看到的同时有霾和雾存在的、我国区域性能见度低于10千米的空气普遍浑浊现象被称为“雾-霾”天气。
张小曳告诉本刊记者，通过对我国能见度与气溶胶关系的分析发现，我国近二三十年中东部区域霾问题的日益严重，主要是由人为排放的大气气溶胶显著增加所致。他说，过去在山区也易产生雾，其凝结核是植被产生的挥发性有机化合物最终形成的有机碳粒子，量不大。现在雾的凝结核中，多为人为活动排放，量大且对人体有害。大气在同样液态水含量下，因为凝结核多，就更容易形成数量多但小的水滴。这些小水滴量多而小，滞空时间长，寿命长，更不容易下雨。
1980年以来，我国人为排放加剧，化石燃料、生物质燃烧增加，土地利用和覆盖改变，造成空气中一次和二次气溶胶大幅上升。
张小曳解释说，一次气溶胶是指从排放源直接排放到大气中的气溶胶粒子，二次气溶胶是由排放源排放的气体转化生成的气溶胶，一次气溶胶与二次气溶胶的成分有一些不同。他的团队在研究中关于二次气溶胶有一些发现。比如，我国华北区域中70%的气溶胶与2种或3种其他来源气溶胶混合，低温条件下，臭氧与二氧化硫在矿物气溶胶表面存在协同效应，使二次硫酸盐生成速率随着温度降低出现先加快后减慢的趋势，直接影响大气中二次硫酸盐生成总量。“类似的反应，使中国雾霾问题更为复杂。”
“复合型”污染的难题
弄清楚这些反应机制，正是中科院“大气灰霾追因与控制”专项研究希望破解的难题。
2013年1月，中国出现大范围雾霾天气。为了探究雾霾成因，中科院“大气灰霾追因与控制”专项王自发研究团队对成霾过程进行了模拟。“现在他们模拟的数据已经基本上比较接近实际了，能够提前3天到7天就预报出来会不会有下一次霾。但是污染最重的霾的峰值往往模拟不出来，问题可能就在于污染最重的时候，有一些化学过程和机制我们没有认识清楚。”贺泓告诉记者。
贺泓介绍说，近10年来，中国华北地区排放的一次颗粒物呈下降趋势，PM2.5的总量没有明显增加，但是雾霾天气却明显增加了。
一种可能的原因是二次颗粒物在PM2.5中占比增加，导致PM2.5的成分变化，造成消光的效果加强。
二次颗粒物当中，硫酸盐气溶胶是一个重要的组成部分。近10年来，中国大气中二氧化硫排放总量呈下降趋势，但是硫酸盐气溶胶却没有明显下降。二氧化硫是二次颗粒物里面一个重要的前体物，前体物下降，二次颗粒物却没有下降，这说明更多的二氧化硫转化成了硫酸盐，说明转化速度快了。“由此，我们得到一个假设：在大气复合污染的条件下，污染物之间相互反应，造成大气氧化性增强，气体向颗粒物的转化在加快。”贺泓说。
贺泓告诉本刊记者，这个假设目前已经得到了一些实验室模拟和外场观测数据的支持。该专项王跃思研究团队在河北省兴隆县有一个观测点，这个观测点位于燕山深处。2013年1月6日到16日，这个观测点的雾霾比北京市轻得多，PM2.5的浓度大概只是北京的1/3。此地空气中二氧化硫浓度和北京市差不多，可是硫酸盐浓度却比北京市低得多。进一步研究发现，成霾的时候，北京市的氮氧化物浓度要比兴隆县高得多。他们进一步的研究发现，在某种合适的条件下，大气中的矿质颗粒物和氮氧化物可以起到催化剂的作用，催化空气中的二氧化硫向硫酸盐转化。
作者：佚名 来源：中国节能网
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