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王跃思:揭开北京雾霾“真身”

发布日期:2019.04.01

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中国科学院大气物理所研究员王跃思主持研究了“北京及周边区域大气复合污染形成机制及控制措施”ag真人appag真人app。

雾霾什么味儿ag真人appag真人appag真人app?曾经ag真人appag真人app,雾霾高发的季节ag真人app,细心的网友“品味”雾霾的味道,并晒各个城市雾霾味道的不同,北京霾被网友奉为最“醇厚”“经典”ag真人appag真人appag真人appag真人app。这其实跟雾霾背后不同的化学成分有关ag真人appag真人app。

王跃思带领的中国科学院大气物理研究所中国生态环境研究网络大气分中心团队ag真人app,一直在研究北京雾霾的“配方”ag真人appag真人appag真人app,以帮助全社会有针对性地从源头治理雾霾ag真人app。

在“北京及周边区域大气复合污染形成机制及防控措施研究示范”课题中ag真人appag真人app,团队提出的“氮氧化物中心说”可谓识破了北京雾霾的本质。治理燃煤、严控机动车、控制扬尘……北京一项项大气治理措施、一年年PM2.5浓度的下降ag真人app,正让这一研究成果变成环境治理的实践ag真人appag真人app。

最早提出“氮氧化物中心说”

2013年ag真人app,北京市正式对公众发布PM2.5监测结果,也是在这一年,北京市治理PM2.5的大幕拉开ag真人app。

污染来势汹汹ag真人appag真人app。监测的头一个月ag真人appag真人app,北京就遭遇五次空气重污染ag真人app,首尾两次时间各长达5天ag真人appag真人app。整个1月份ag真人app,雾霾天气多达23天ag真人appag真人app!

北京的雾霾是什么来头ag真人app?我国自上世纪70年代开始,为防治酸雨和光化学污染ag真人app,相继提出了控制二氧化硫、氮氧化物的减排措施ag真人app。在近年来大气霾污染频发的背景下ag真人appag真人appag真人app,硫酸盐ag真人appag真人appag真人app、硝酸盐ag真人app、铵盐ag真人appag真人app、有机物等是高浓度气溶胶的主要成分ag真人app,但对这些成分前体物的控制方向一直不是十分明确。这次污染发生后,王跃思团队着手研究这个问题ag真人app。

“高浓度氮氧化物的存在ag真人appag真人appag真人app,可以激发二氧化硫向硫酸盐的快速转化g真人appag真人appag真人app!?014年,王跃思团队提出了“氮氧化物中心说”这一科学假说。

王跃思和团队成员发现,北京当时的污染状况ag真人app,其实是上世纪50年代前后英国伦敦和美国洛杉矶的加和体ag真人app?!坝⒐锥?,大量使用蒸汽机,烧煤产生的二氧化硫形成酸雾ag真人appag真人app,对人体造成伤害ag真人app;美国洛杉矶ag真人app,工业和汽车尾气排放大量的氮氧化物ag真人appag真人app,形成的包括臭氧在内的污染物ag真人appag真人app,对城市环境危害很大ag真人app。而我们,这两个问题都有ag真人app?ag真人appag真人app!?br/>

“真没想到,我们也惊呆了ag真人app?ag真人app!背稍泵茄芯糠⑾?ag真人appag真人app,在京津冀地区ag真人app,大量燃煤燃烧排放二氧化硫ag真人app,而工业和汽车尾气排放的氮氧化物ag真人appag真人app,二者在沙尘的媒介下ag真人appag真人app,又触发了二氧化硫向硫酸盐的快速转化ag真人app,这样一来,气体就变成了颗粒物ag真人appag真人appag真人app,重霾污染就来了。

这就是王跃思团队提出的“氮氧化物中心说”。在北京重霾期间ag真人app,高浓度氮氧化物的存在ag真人app,极大地推进气态二氧化硫向颗粒态硫酸盐的转化ag真人appag真人app,氮氧化物在大气污染形成中有着独特的重要作用ag真人appag真人app?ag真人app?傻テ就獬」鄄?,只能知道反应物和产物,内部过程像黑盒子,无从得知。烟雾箱实验模拟,必不可少ag真人app。

“怎么没有反应ag真人appag真人app?真是奇怪!”团队成员开始做烟雾箱实验,可是他们把氮氧化物和二氧化硫两类气体放一起时ag真人appag真人app,竟然没有一点反应ag真人app,“跟我们想象的完全不一样,我们以为肯定会反应成硫酸盐ag真人app?!?br/>

一次实验失败,再接着来第二次、第三次ag真人app,但两个多月过去了ag真人appag真人appag真人app,第100次实验都做完了ag真人app,还是没有出现预期的反应ag真人appag真人app?!笆遣皇侨钡闶裁碼g真人app?”大家都在琢磨ag真人app。

突然一天ag真人appag真人app,有人提出ag真人app,“沙尘ag真人app!北京有沙尘啊ag真人app,怎么把它忘了ag真人appag真人appag真人app!”果然,一加入沙尘“种子”ag真人app,细颗粒物污染“哗”就爆发了ag真人app,跟炸弹爆炸一样来势凶猛ag真人app。这一“炸”ag真人app,把大家“炸”兴奋了ag真人appag真人appag真人app!

实验证实了观测的结果符合北京市的实际情况ag真人app,加上一次次详实的实验模拟数据和数值模拟结果ag真人app,在众多诱发霾污染的前体物中ag真人app,将优先控制的目标锁定为氮氧化物的“氮氧化物中心说”,从假说上升到了科学理论ag真人app!

机动车排放氨气促进颗粒物生成

在我国ag真人appag真人app,汽车尾气排放的氮氧化物ag真人appag真人app,触发了燃煤产生的二氧化硫向颗粒物硫酸盐转化。但仍有一个重要的问题:怎么促成转化,究竟是什么在起作用ag真人app?王跃思团队发现了一个新的氨气来源ag真人appag真人app。

氨气是一种碱性气体,几乎是大气中唯一一种碱性气体ag真人app,正是因为它的存在ag真人app,硫酸和硝酸中和变成了硫酸盐和硝酸盐,气体变成了颗粒物ag真人app。也就是说,如果京津冀区域没有氨ag真人appag真人appag真人app,颗粒物污染也不会那么严重,二氧化硫和氮氧化物也就可能作为气体消散了ag真人appag真人appag真人appag真人appag真人app?!罢獾阏媸呛芤?ag真人app!”

氨气从哪来ag真人appag真人appag真人app?一般认为, 70%以上的氨都是从农牧业来的ag真人app,农业化肥使用挥发大约能占30%ag真人app,畜牧业养殖占40%ag真人app,人体占9%。卫星观测发现,在整个华北地区ag真人app,氨的浓度越来越高ag真人app?ag真人app?啥耘┠烈档南肿唇蟹治?ag真人app,发现农牧业的活动水平是下降的ag真人app,应该会导致氨的排放量下降ag真人app。大家一时间也弄不清楚究竟是怎么回事ag真人app。

农业的氨怎么跑到城里来了ag真人app?城市氨气为什么逐年升高ag真人appag真人app?王跃思团队提出可能有未知的氨气来源ag真人app,而且这一来源极有可能与燃烧过程有关。

质疑的声音也纷纷跃起ag真人appg真人app!捌滴财腿济旱热忌展膛欧诺陌苯稣己苄〉牟糠謅g真人app?ag真人appag真人app!币晃蛔叛芯科倒ひ档淖胰缡撬?g真人appag真人app?翁庾槌稍敝湟虼苏鄄恍?,各不让步ag真人appag真人app,整个课题研究一度因为这个问题搁置ag真人appag真人app。

但王跃思不信ag真人appag真人app,“我在国内外的文献资料上ag真人app,确实是看到过燃烧过程排放氨气”ag真人appag真人app。后续团队用同位素分析法ag真人appag真人appag真人appag真人app,终于论证了氨的来源ag真人app?!霸谥匚廴酒诩鋋g真人appag真人app,氨并不是主要来自农牧业ag真人appag真人appag真人app,而是来自工业化石燃料燃烧过程和机动车排放ag真人app,在重霾期间ag真人app,这个比例可以达到80%甚至90%ag真人app?!闭飧鼋崧鄣奶岢龊拖盗兄な倒蘟g真人app,不仅让整个团队惊讶ag真人app,国内外同行专家也心服口服ag真人app。

随后ag真人appag真人appag真人app,好消息接踵而来ag真人app。

课题组广州的同事去广州的珠江隧道做实验?ag真人app!八淼览锩嬷挥衅礱g真人app,很好得出结论?!币痪觳?,果然汽车尾气是排放氨的ag真人appag真人app,隧道里面测出的氨的浓度ag真人appag真人appag真人app,比外面高出几十倍!课题组北京的同事ag真人app,测定了煤炭散烧过程排放的氨气ag真人appag真人app,发现我国燃煤散烧排放的氨气是国外的50倍左右ag真人app。

“燃烧过程排放了大量的氨ag真人appg真人app!敝な盗?!

应当让颗粒物和臭氧浓度协同下降

破解了雾霾的真身ag真人appag真人app,各项治理措施就有了针对性ag真人appag真人appag真人app,效果也更加明显ag真人appag真人app。

近年来ag真人app,北京市大力压减燃煤ag真人app,燃煤总量已经低于500万吨ag真人app,二氧化硫年均浓度稳定保持在个位数ag真人appag真人app;严控移动源污染ag真人app,降低氮氧化物排放,仅去年就查处了32.5万辆次超标重型柴油车ag真人app,是前一年的5.6倍ag真人app;治理扬尘和挥发性有机物ag真人appag真人appag真人app,利用科技手段提高监管ag真人app,有序退出一般制造业和污染企业……

连续5年的大气综合治理ag真人app,到2017年底ag真人appag真人app,北京市的PM2.5年均浓度从2013年的89.5微克/立方米下降到了58微克/立方米;2018年北京继续开展蓝天保卫战ag真人app,PM2.5年均浓度降至51微克/立方米ag真人appag真人app。

“可以说ag真人appag真人app,通过这些年ag真人appag真人app,颗粒物治理已经走上了‘快车道’,事实也证明咱们治理的方向和措施是正确的ag真人appag真人app。接下来,就要解决臭氧问题了ag真人app?ag真人app!蓖踉舅妓?,目前以至于未来很长一段时间的研究ag真人appag真人app,都得集中在臭氧治理上。

臭氧治理又是一个大难题,像欧美等发达国家,至今都还未能解决臭氧问题,臭氧浓度仍会出现超标的情况ag真人appag真人app?!八枪赜诳帕N锏奈侍庠谏细鍪兰?0年代就解决了ag真人app,颗粒物浓度已经能做到不反弹ag真人app,但臭氧还不行ag真人appag真人appag真人app?ag真人app!?br/>

王跃思团队提出,为了让北京的颗粒物浓度进一步下降ag真人app,未来也要通过调控臭氧来实现,使得颗粒物和臭氧浓度协同下降ag真人app?ag真人app!跋肿词强帕N锱ǘ认陆盗?,但臭氧起来了ag真人appag真人app,我们要研究PM2.5和臭氧的协同控制措施,要控制臭氧的同时还不能让颗粒物浓度反弹ag真人appag真人appag真人app,这是一个大难题ag真人appag真人app,也是一个更漫长的过程ag真人appg真人app!?br/>

臭氧的治理为何这么难?王跃思回答:“因为有很大的不确定性ag真人appag真人app?ag真人app!痹碼g真人appag真人app,臭氧产生靠的是氮氧化物和挥发性有机物(VOCs)这两种前体物ag真人app。但有意思的是,这两种前体物很“特别”ag真人appag真人app。氮氧化物下降的时候,臭氧浓度反而会升高ag真人app,“它俩是非线性关系,是一条抛物线ag真人appag真人app,氮氧化物得降低到特别低的时候ag真人appag真人app,臭氧才会下降”ag真人app,王跃思说ag真人app,“我们现在还在抛物线的前半段ag真人app,也就是前坡ag真人app,得到了后坡ag真人app,才能实现?!?br/>

挥发性有机物和臭氧的关系也很奇妙ag真人app?;臃⑿杂谢镌礁遖g真人appag真人app,臭氧就越高,但反之挥发性有机物降低了,臭氧却并不降低。

说起这个ag真人app,王跃思也哭笑不得,因为挥发性有机物的种类实在太多了ag真人appag真人app,大气中有300多种ag真人appag真人app,“你把前10种影响大的解决了ag真人app,马上就有后10种来替补,永远有应接不暇的替补ag真人appg真人app!?br/>

“所以ag真人app,臭氧是让我们头疼的一个难题ag真人app,需要继续深入研究?!蓖踉舅妓礱g真人appag真人app,今年北京市就要开始协同控制PM2.5和臭氧ag真人app,“颗粒物浓度做到不反弹ag真人app,也就算成功了一半ag真人app?ag真人app!保ū本┤毡钦?骆倩雯)


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