青島

　　探因中國霧霾
　　中國的霧霾，其複雜性就在於工業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表在國際期刊《大氣化學與物理學》上的一篇論文引發關註。
　　該論文研究了北京城區細顆粒物總體污染水平及季節變化特征，其中關於北京“汽車尾氣與垃圾焚燒”對霧霾的平均貢獻只有4%的結論，與此前其他研究機構的結論大相徑庭。
　　關於北京霧霾PM2.5的來源，國內相關研究機構都發表過各自的研究結論，機動車的“貢獻”一般認為在10%～50%之間，多數認為在20%～30%之間。
　　2014年1月2日上午，北京市環保局副局長方力在“2013年北京市空氣質量狀況新聞通報會”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、生物質燃燒、汽車尾氣與垃圾焚燒、工業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，“請註意，它的源解析中有二次無機氣溶膠，這裡面很大部分是由機動車排放的氣體轉化的。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。“這是通過對我國16個站點、兩年的分析發現的，各地的霧霾以二次氣溶膠為主。”中國氣象科學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於20世紀90年代左右。張小曳從1989年開始一直致力於氣溶膠的研究，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-雲-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有兩種，分別是顆粒物和水滴。顆粒物就是氣溶膠。根據氣象學上的定義，霾是大量極細微的乾塵粒等均勻地浮游在空中，使水平能見度小於10千米的空氣普遍渾濁現象。這裡的乾塵粒指的就是乾氣溶膠粒子。
　　雲則是指懸在空中的水滴，當它到達地面後也稱為霧。但是如果沒有凝結核，在實際的大氣中雲霧也無法形成。當空氣中水汽較多時，某些吸水性強的乾氣溶膠粒子會吸水長大，並最終活化成雲霧的凝結核，若污染粒子很多，就會產生更多、更小的雲霧滴，使能見度進一步降低，低於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，沒有乾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，由於霧和霾都能影響能見度，所以，能見度低於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，甚至在同一區域內的不同地方，霧和霾也會有所側重。一般情況下，大家看到的同時有霾和霧存在的、我國區域性能見度低於10千米的空氣普遍渾濁現象被稱為“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係的分析發現，我國近二三十年中東部區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，過去在山區也易產生霧，其凝結核是植被產生的揮發性有機化合物最終形成的有機碳粒子，量不大。現在霧的凝結核中，多為人為活動排放，量大且對人體有害。大氣在同樣液態水含量下，因為凝結核多，就更容易形成數量多但小的水滴。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於二次氣溶膠有一些發現。比如，我國華北區域中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錶面存在協同效應，使二次硫酸鹽生成速率隨著溫度降低出現先加快後減慢的趨勢，直接影響大氣中二次硫酸鹽生成總量。“類似的反應，使中國霧霾問題更為複雜。”
　　“複合型”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，中國出現大範圍霧霾天氣。為了探究霧霾成因，中科院“大氣灰霾追因與控制”專項王自發研究團隊對成霾過程進行了模擬。“現在他們模擬的數據已經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，問題可能就在於污染最重的時候，有一些化學過程和機制我們沒有認識清楚。”賀泓告訴記者。
　　賀泓介紹說，近10年來，中國華北地區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裡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化成了硫酸鹽，說明轉化速度快了。“由此，我們得到一個假設：在大氣複合污染的條件下，污染物之間相互反應，造成大氣氧化性增強，氣體向顆粒物的轉化在加快。”賀泓說。
　　賀泓告訴本刊記者，這個假設目前已經得到了一些實驗室模擬和外場觀測數據的支持。該專項王躍思研究團隊在河北省興隆縣有一個觀測點，這個觀測點位於燕山深處。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。進一步研究發現，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現，在某種合適的條件下，大氣中的礦質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化。
　　賀泓分析說，“中國的霧霾，其複雜就在於工業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並不是非常清楚，造成對PM2.5的來源尚無法準確解析。”
　　如果前述關於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。“因為機動車本身排出顆粒物，它排出的氣體還轉化為顆粒物，這些都還可以測量和計算。但是，如果它還幫助別的氣體轉化為顆粒物，這個作為催化劑的貢獻就不那麼好計算了。”“現有的一些研究結論已經可以幫助我們大致瞭解霧霾成因，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，才能知道採取什麼樣的措施是成本更低、效果更好的。”賀泓強調說。
　　他告訴本刊，由於歐美髮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於特有複合污染類型，因此發達國家在大氣污染治理過程中並未經歷過我國所面臨的新老問題集中爆發的狀況，故此目前我們尚無直接的國際經驗可借鑒。□
　　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陸續啟動，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、環保部印發了《藍天科技工程“十二五”專項規劃》，旨在針對我國大氣污染的突出問題和改善環境空氣質量的需求，強化頂層設計，統籌大氣環境保護科技研發、示範應用、成果轉化、人才培養、能力建設、國際合作、決策支撐等創新活動，完善大氣環境保護科技創新體系，促進節能環保戰略性新興產業發展，為改善大氣環境質量、保障人民群眾生命健康提供技術支持。
　　2012年9月，中科院戰略性先導科技專項“大氣灰霾追因與控制”研究啟動，該專項計劃用5年的時間，以環渤海、長三角、珠三角為研究區域，闡明區域灰霾形成的機制，研發致霾關鍵污染物的控制技術，為控制灰霾污染提供科學可行的技術和政策解決方案。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研發和重點區域的清潔空氣科技工程兩大部分。
　　中國環境科學研究院副院長柴發合告訴本刊記者，“藍天科技工程”側重於技術研究，“大氣灰霾追因與控制”更側重於基礎研究，而“清潔空氣研究計劃”則更側重於應用基礎研究。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。□
（編輯：SN054）