中美研究称治霾需减气态污染物


发布时间:2014年11月27日 文章出自:中国科学报

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中美大气化学领域专家合作进行的一项最新研究显示,北京出现霾的根本成因可能是城区交通排放的大量挥发性有机物、氮氧化物和周边工业生产排放的大量二氧化硫经化学转化生成的颗粒物,而直接排放至大气中的颗粒物贡献很小,因此控制这三类气态污染物是治霾关键。

这项获得中国国家自然科学基金和科技部资金支持的成果,11月24日发表在美国《国家科学院学报》上,它由北京大学环境模拟与污染控制国家重点联合实验室胡敏教授、美国得克萨斯农工大学张人一教授和两校联合博士后郭松等人合作完成。

霾主要是指悬浮着的高浓度细颗粒物(PM2.5)让空气混浊,造成能见度下降的现象,这些颗粒物可以来自直接排放,如来自机动车、电厂和扬尘等,被称为一次颗粒物;还可以由大气中的气态污染物经化学转化而生成,被称为二次颗粒物。研究人员在北京大学校园内建立长期定位观测站点,采用目前国际上最先进的仪器同步对大气气态污染物和颗粒物进行长时间观测,以研究霾的形成机理。

研究显示,北京的霾每次从形成到结束一般以4天至7天为一个周期,每个循环包含起始的清洁阶段、中间的过渡阶段和最后的污染阶段3个过程,其主要成因是上述三类气态污染物在本地经化学反应生成的二次颗粒物,而非直接排放的一次颗粒物。张人一说,这种化学转化包括颗粒物的核化生成与增长两个过程,霾在清洁阶段每立方米大气中的颗粒物总重量不足50微克,但在2至4天后的污染阶段会增至数百微克。

研究还表明,北京出现的霾每次持续时间主要受气象条件影响,包括风向和风速,以及降雨清除过程。在清洁阶段,风主要来自北部地区,且风速较高,因此颗粒物浓度较低。当风向由北转为来自受污染的南部地区且风速较小,颗粒物迅速生成与增长,形成霾。北京夏天霾相对较少,而秋天和冬天霾较为严重,主要是因为北京夏天雨水相对较多,同时清除了空气中的气态污染物与颗粒物。

张人一认为,这项研究从机理上解释了北京地区的霾与世界上其他地区霾的异同之处。“北京的霾主要特征在于颗粒物非常有效的核化以及快速和持续增长,导致了高浓度的大颗粒物形成,这主要归根于城市上空存在着大量气态污染物。相比之下,国外发达国家城市中气态污染物浓度较低,很少同时观测到颗粒物有效的核化及增长,因此我们解释了为什么与世界上其他地区相比北京的霾形成会如此迅速与严重。”

新研究同时表明,北京的霾的颗粒物化学组成跟世界上其他地区的霾“非常相似”,都是二次颗粒物占颗粒物总质量的大部分,明显表现出二次形成的特征,并无特殊之处。

研究人员还说,中国其他城市的霾成因与北京应该基本相似,因此治理霾的关键在于减少由机动车和工业排放的气态污染物。他们建议改进污染物处理技术,提高排放标准,其中城市地区内燃车排放标准应大幅提高,并从技术上减少现有车辆排放的挥发性有机物、氮氧化物等污染物,鼓励使用自行车、电动车与公共交通。工业方面,提高大型企业的排放标准,改进乃至取缔效率低排放高的重污染小企业。

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