中國儲能網(wǎng)訊：中國的霧霾，其復雜性就在于工業(yè)排放特別是燃煤排放污染物與機動車排放污染物同時存在。
文/《瞭望》新聞周刊記者 溫泉
2013年12月30日，中科院大氣物理研究所研究員張仁健課題組發(fā)表在國際期刊《大氣化學與物理學》上的一篇論文引發(fā)關注。
該論文研究了北京城區(qū)細顆粒物總體污染水平及季節(jié)變化特征，其中關于北京“汽車尾氣與垃圾焚燒”對霧霾的平均貢獻只有4%的結(jié)論，與此前其他研究機構(gòu)的結(jié)論大相徑庭。
關于北京霧霾PM2.5的來源，國內(nèi)相關研究機構(gòu)都發(fā)表過各自的研究結(jié)論，機動車的“貢獻”一般認為在10%--50%之間，多數(shù)認為在20%--30%之間。
2014年1月2日上午，北京市環(huán)保局副局長方力在“2013年北京市空氣質(zhì)量狀況新聞通報會”上，對“PM2.5中汽車尾氣僅占4%”回應說，僅為“一家之言”。當日下午，中科院緊急召開新聞通氣會，對這一研究結(jié)論進行澄清。
張仁健課題組的論文認為，北京PM2.5有6個重要來源，分別是土壤塵、燃煤、生物質(zhì)燃燒、汽車尾氣與垃圾焚燒、工業(yè)污染和二次無機氣溶膠，這些源的平均貢獻分別為15%、18%、12%、4%、25%和26%。
“這個研究本身不能說錯。”中科院“大氣灰霾追因與控制”專項首席科學家賀泓向本刊記者解釋說，“請注意，它的源解析中有二次無機氣溶膠，這里面很大部分是由機動車排放的氣體轉(zhuǎn)化的。另外，二次有機氣溶膠的相當一部分也是來自機動車的排放。”
賀泓表示，要精確說明“二次氣溶膠”的來源，目前還做不到。他認為，“二次氣溶膠”的形成機制不完全清楚正是目前中國霧霾“機理不明”的關鍵所在。
“二次氣溶膠”
二次氣溶膠在PM2.5中占大部分?！斑@是通過對我國16個站點、兩年的分析發(fā)現(xiàn)的，各地的霧霾以二次氣溶膠為主?！敝袊鴼庀罂茖W研究院副院長張小曳告訴本刊記者。
我國對氣溶膠的研究始于20世紀90年代左右。張小曳從1989年開始一直致力于氣溶膠的研究，是我國較早從事氣溶膠研究的科學工作者之一。他也是國家“973”計劃“我國大氣氣溶膠及其氣候效應”和“氣溶膠-云-輻射反饋過程及其與亞洲季風相互作用的研究”項目的首席科學家。
張小曳向本刊記者解釋說，空氣中能夠影響能見度的物質(zhì)有兩種，分別是顆粒物和水滴。顆粒物就是氣溶膠。根據(jù)氣象學上的定義，霾是大量極細微的干塵粒等均勻地浮游在空中,使水平能見度小于10千米的空氣普遍渾濁現(xiàn)象。這里的干塵粒指的就是干氣溶膠粒子。
云則是指懸在空中的水滴，當它到達地面后也稱為霧。但是如果沒有凝結(jié)核，在實際的大氣中云霧也無法形成。當空氣中水汽較多時，某些吸水性強的干氣溶膠粒子會吸水長大，并最終活化成云霧的凝結(jié)核，若污染粒子很多，就會產(chǎn)生更多、更小的云霧滴，使能見度進一步降低，低于1千米時被定義為霧，而能見度在1
10千米時則被定義為輕霧。
因此，沒有干氣溶膠粒子就不能形成霾，沒有氣溶膠粒子參與在實際大氣中也無法形成霧。
張小曳進一步解釋說，由于霧和霾都能影響能見度，所以，能見度低于10千米時，有時可能既有霾的貢獻，也有霧的貢獻。霾和霧在一天之中可以變換角色，甚至在同一區(qū)域內(nèi)的不同地方，霧和霾也會有所側(cè)重。一般情況下，大家看到的同時有霾和霧存在的、我國區(qū)域性能見度低于10千米的空氣普遍渾濁現(xiàn)象被稱為“霧-霾”天氣。
張小曳告訴本刊記者，通過對我國能見度與氣溶膠關系的分析發(fā)現(xiàn)，我國近二三十年中東部區(qū)域霾問題的日益嚴重，主要是由人為排放的大氣氣溶膠顯著增加所致。他說，過去在山區(qū)也易產(chǎn)生霧，其凝結(jié)核是植被產(chǎn)生的揮發(fā)性有機化合物最終形成的有機碳粒子，量不大?，F(xiàn)在霧的凝結(jié)核中，多為人為活動排放，量大且對人體有害。大氣在同樣液態(tài)水含量下，因為凝結(jié)核多，就更容易形成數(shù)量多但小的水滴。這些小水滴量多而小，滯空時間長，壽命長，更不容易下雨。
1980年以來，我國人為排放加劇，化石燃料、生物質(zhì)燃燒增加，土地利用和覆蓋改變，造成空氣中一次和二次氣溶膠大幅上升。
張小曳解釋說，一次氣溶膠是指從排放源直接排放到大氣中的氣溶膠粒子，二次氣溶膠是由排放源排放的氣體轉(zhuǎn)化生成的氣溶膠，一次氣溶膠與二次氣溶膠的成分有一些不同。他的團隊在研究中關于二次氣溶膠有一些發(fā)現(xiàn)。比如，我國華北區(qū)域中70%的氣溶膠與2種或3種其他來源氣溶膠混合，低溫條件下，臭氧與二氧化硫在礦物氣溶膠表面存在協(xié)同效應，使二次硫酸鹽生成速率隨著溫度降低出現(xiàn)先加快后減慢的趨勢，直接影響大氣中二次硫酸鹽生成總量?！邦愃频姆磻怪袊F霾問題更為復雜?！?
“復合型”污染的難題
弄清楚這些反應機制，正是中科院“大氣灰霾追因與控制”專項研究希望破解的難題。
2013年1月，中國出現(xiàn)大范圍霧霾天氣。為了探究霧霾成因，中科院“大氣灰霾追因與控制”專項王自發(fā)研究團隊對成霾過程進行了模擬。“現(xiàn)在他們模擬的數(shù)據(jù)已經(jīng)基本上比較接近實際了，能夠提前3天到7天就預報出來會不會有下一次霾。但是污染最重的霾的峰值往往模擬不出來，問題可能就在于污染最重的時候，有一些化學過程和機制我們沒有認識清楚?！辟R泓告訴記者。
賀泓介紹說，近10年來，中國華北地區(qū)排放的一次顆粒物呈下降趨勢，PM2.5的總量沒有明顯增加，但是霧霾天氣卻明顯增加了。
一種可能的原因是二次顆粒物在PM2.5中占比增加，導致PM2.5的成分變化，造成消光的效果加強。
二次顆粒物當中，硫酸鹽氣溶膠是一個重要的組成部分。近10年來，中國大氣中二氧化硫排放總量呈下降趨勢，但是硫酸鹽氣溶膠卻沒有明顯下降。二氧化硫是二次顆粒物里面一個重要的前體物，前體物下降，二次顆粒物卻沒有下降，這說明更多的二氧化硫轉(zhuǎn)化成了硫酸鹽，說明轉(zhuǎn)化速度快了?！坝纱?，我們得到一個假設：在大氣復合污染的條件下，污染物之間相互反應，造成大氣氧化性增強，氣體向顆粒物的轉(zhuǎn)化在加快?！辟R泓說。
賀泓告訴本刊記者，這個假設目前已經(jīng)得到了一些實驗室模擬和外場觀測數(shù)據(jù)的支持。該專項王躍思研究團隊在河北省興隆縣有一個觀測點，這個觀測點位于燕山深處。2013年1月6日到16日，這個觀測點的霧霾比北京市輕得多，PM2.5的濃度大概只是北京的1/3。此地空氣中二氧化硫濃度和北京市差不多，可是硫酸鹽濃度卻比北京市低得多。進一步研究發(fā)現(xiàn)，成霾的時候，北京市的氮氧化物濃度要比興隆縣高得多。他們進一步的研究發(fā)現(xiàn)，在某種合適的條件下，大氣中的礦質(zhì)顆粒物和氮氧化物可以起到催化劑的作用，催化空氣中的二氧化硫向硫酸鹽轉(zhuǎn)化。本文來源：瞭望觀察網(wǎng)
賀泓分析說，“中國的霧霾，其復雜就在于工業(yè)排放特別是燃煤排放的污染物與機動車排放的污染物同時存在，這與主要由燃煤排放的污染物造成的倫敦煙霧和主要由機動車排放導致的洛杉磯的光化學煙霧都截然不同，使得中國在單項污染物濃度相對較低的情況下產(chǎn)生了比較重的霧霾天氣。而我們對其中的一些反應機制，主要是一些氧化機制并不是非常清楚，造成對PM2.5的來源尚無法準確解析?！?
如果前述關于大氣氧化性增強的猜想成立，可能意味著目前普遍所認為的“機動車對北京這樣的特大城市霧霾的貢獻在20%--30%之間”的估計仍然存在低估的可能性?！耙驗闄C動車本身排出顆粒物，它排出的氣體還轉(zhuǎn)化為顆粒物，這些都還可以測量和計算。但是，如果它還幫助別的氣體轉(zhuǎn)化為顆粒物，這個作為催化劑的貢獻就不那么好計算了?！薄艾F(xiàn)有的一些研究結(jié)論已經(jīng)可以幫助我們大致了解霧霾成因，但是我們之所以要研究準確，是因為治霾是有成本的，只有更準確地把握霧霾成因，才能知道采取什么樣的措施是成本更低、效果更好的?！辟R泓強調(diào)說。
他告訴本刊，由于歐美發(fā)達國家大氣污染問題具有明顯的階段性，而我國大氣污染物問題屬于特有復合污染類型，因此發(fā)達國家在大氣污染治理過程中并未經(jīng)歷過我國所面臨的新老問題集中爆發(fā)的狀況，故此目前我們尚無直接的國際經(jīng)驗可借鑒?！?
國家科研專項啟動
目前，國家層面針對霧霾和大氣污染的科研專項已經(jīng)陸續(xù)啟動，主要有“藍天科技工程”、“大氣灰霾追因與控制”和“清潔空氣研究計劃”三項大的研究計劃。
2012年7月10日，科技部、環(huán)保部印發(fā)了《藍天科技工程“十二五”專項規(guī)劃》，旨在針對我國大氣污染的突出問題和改善環(huán)境空氣質(zhì)量的需求，強化頂層設計，統(tǒng)籌大氣環(huán)境保護科技研發(fā)、示范應用、成果轉(zhuǎn)化、人才培養(yǎng)、能力建設、國際合作、決策支撐等創(chuàng)新活動，完善大氣環(huán)境保護科技創(chuàng)新體系，促進節(jié)能環(huán)保戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展，為改善大氣環(huán)境質(zhì)量、保障人民群眾生命健康提供技術(shù)支持。
2012年9月，中科院戰(zhàn)略性先導科技專項“大氣灰霾追因與控制”研究啟動，該專項計劃用5年的時間，以環(huán)渤海、長三角、珠三角為研究區(qū)域，闡明區(qū)域灰霾形成的機制，研發(fā)致霾關鍵污染物的控制技術(shù)，為控制灰霾污染提供科學可行的技術(shù)和政策解決方案。中科院的14家研究所，以及北京大學、清華大學、中國環(huán)境科學研究院等8家院外科研單位的300多位科研人員參與該項研究。
2013年9月29日，環(huán)保部啟動“清潔空氣研究計劃”，該計劃分2013 2015年、2016 2017年和2018 2020年三個階段實施。包括國家層面的管理技術(shù)研發(fā)和重點區(qū)域的清潔空氣科技工程兩大部分。
中國環(huán)境科學研究院副院長柴發(fā)合告訴本刊記者，“藍天科技工程”側(cè)重于技術(shù)研究，“大氣灰霾追因與控制”更側(cè)重于基礎研究，而“清潔空氣研究計劃”則更側(cè)重于應用基礎研究。幾個專項之間有相互的合作和交流，是互為基礎、互相促進的。
