在來北京開會的高速公路上,王建國看到一張廣告牌,上面寫著:嵐縣馬鈴薯,來自沒有霧霾的地方。這位中科院山西煤炭化學研究所所長感到哭笑不得:嵐縣屬山西呂梁轄縣,地處高寒山區,灰霾並不嚴重;馬鈴薯是長在土裏的,原本與灰霾也沒啥關係,但“沒有霧霾”卻成了馬鈴薯的賣點。
今天的中國科學院大氣灰霾研究媒體通報會上,王建國講了上述經歷。“可見人們對灰霾既恐懼、痛恨,又無奈。”前不久,環保部公佈了2017年1月份全國空氣品質狀況,其中顯示:京津冀區域13個城市PM2.5濃度同比上升43.8%。“霧霾”警鐘再次敲響。
“灰霾是病,得治!”王建國在今天的通報會上說。當天,包括他在內的6位科學家,分別從追因溯源、數值模擬、預警預報、監測技術、控制技術、低階煤清潔高效利用的角度,集中發佈了中科院在大氣灰霾領域的研究進展,其中既談了霧霾“病因”,又講了如何“治病”。
空氣品質總體向好,但在冬季差了
有統計顯示,北京市2016年PM2.5的平均值是73微克每立方米,無論是從地面觀測數據,還是從衛星遙感觀測結果來看,從2014年開始,這一區域的空氣品質在逐年好轉,但公眾的感受卻不明顯,為什麼會這樣?
面對這一疑問,中科院區域大氣環境研究卓越創新中心首席科學家賀泓說,2013年以來,全國空氣品質總體向好,重度及以上污染天數佔比逐步降低,優良天數比例明顯上升。2013年~2016年,全國平均改善幅度在30%左右,污染更重的京津冀地區改善幅度更大。但與此同時,我國中東部的部分地區秋冬季節大氣污染防控的形勢依然嚴峻。
中科院遙感與數字地球研究所研究員程天海的一組研究數據,可以作為佐證:“PM2.5月平均低值出現在4月至9月,而高值出現在11月至(次年)3月。”
根據灰霾衛星遙感監測成果,從灰霾問題相對嚴重的京津冀地區來看,PM2.5年平均濃度從2013年開始呈明顯下降趨勢。與2013年相比,2016年京津冀PM2.5濃度年平均值下降了26.5微克每立方米,下降幅度為29.7%。但在2014年至2016年間,北京市冬季供暖季的PM2.5濃度呈逐年上升趨勢,2016年冬季的PM2.5濃度高於前兩年。
賀泓認為,可以說(空氣品質)總體上好了,但在冬季差了,這也印證了群眾對空氣污染的強烈感受。從某種程度來說,在很多大氣污染事件中顆粒物濃度降低還遠未達到能見度顯著改善的拐點,這是公眾還沒有明顯感受到大氣品質改善的主要原因。
污染排放是內因:二次顆粒物是PM2.5最大來源
PM2.5的來源都有哪些?
根據賀泓所在團隊的研究結果,PM2.5來源包括直接排放和二次生成,即一次來源和二次來源。其中,PM2.5的二次生成是指排放到大氣中的氣態污染物通過多種化學物理過程被轉化為硫酸鹽、硝酸鹽、銨鹽和二次有機氣溶膠等細顆粒物。
賀泓說,一些污染源比如汽油車,雖然尾氣中一次顆粒物濃度不高,但在大氣中反應後產生大量二次顆粒物,成為城市PM2.5的重要來源之一。研究表明,在我國中東部地區二次顆粒物對PM2.5的“貢獻率”常常高達60%,在成霾時二次顆粒物所佔比例往往更高。
賀泓還提到,目前,科技界對二次顆粒物生成的機制還有很多不清楚的地方。例如,氮氧化物和揮發性有機物發生光化學反應,除了產生二次有機氣溶膠以外,還會產生臭氧和羥基自由基等氧化劑,氧化劑可以進一步氧化二氧化硫、氮氧化物和揮發性有機物,分別生成硫酸鹽、硝酸鹽和有機氣溶膠,造成二次顆粒物爆發增長。
農業、畜牧業等排放使華北地區形成氨超量的大氣環境。實驗室研究發現,氨氣改變大氣化學平衡,在氣態污染物向顆粒物轉變過程中發揮重要作用。其結果是,和倫敦煙霧事件相比,我國京津冀地區強霾事件中二氧化硫的濃度比倫敦煙霧事件中要低得多,相差1~2個數量級,但產生的細顆粒物卻相當。
一個重要原因就是,大量的氮氧化物和氨氣排放增加會非線性地降低大氣對二氧化硫的環境容量,促使灰霾爆發。“這些僅僅是對大氣複合污染條件下導致環境容量下降的初步認識,類似這樣二次顆粒物爆發增長致霾的機制還有很多認識不清楚的地方。”賀泓說。
不過有一點是賀泓可以確定的,即污染排放是霧霾形成的內因。
氣象條件是外因:40年來京津冀風速減小37%
以低風速和逆溫為特徵的不利氣象條件,是科學家眼中霧霾形成的外因。
賀泓出示了一份氣象資料統計,其中提到,近40年來京津冀年平均風速逐年減小,減小幅度達37%,尤其是對京津冀污染物擴散有利的北風頻次和風速都顯著下降。
不僅如此,內因和外因之間也存在正反饋機制。
賀泓說,排放到大氣中的PM2.5一定程度上會削弱到達地表的太陽光強度,導致地表溫度下降,而上層顆粒物中的吸光性物質會提高該層大氣的溫度,從而形成下冷上熱的穩定大氣結構,空氣對流減弱,邊界層高度下降,進一步加劇污染狀況。
“正是這種內外因交織、特別是二次顆粒物生成的機制不明大大增加了灰霾問題的複雜性和治理的艱巨性。”賀泓說。
通過分析英國倫敦煙霧事件、美國洛杉磯光化學煙霧事件、日本四日市哮喘事件,賀泓團隊發現,這些地方的做法是採取嚴格立法和執法、污染控制技術升級、產業結構和能源結構調整等“組合拳”,經過20~40年的努力,使空氣品質得以改善。
至於我國,面臨的灰霾問題更加複雜,能源稟賦、地區差異等更加不利。僅以能源來看,王建國說,我國的石油、天然氣資源匱乏,煤炭儲量相對豐富,在能源結構中佔比近70%,居主導地位。隨著核能、風能和太陽能等新能源發展,煤炭的比例會逐步下降,但在未來相當長的時間內其基礎地位不會發生根本性改變。
此外,近年來,機動車、工業、農業以及生活排放的強度顯著增加,導致各種複合污染加劇。
賀泓說,全國空氣品質總體在向好發展,但要從根本上解決灰霾污染,還涉及到產業結構調整、能源結構優化和普及控制技術與社會經濟成本等諸多問題,勢必需要經過一個長期的不斷優化調整的階段。
對此,中科院也開出一個治霾的藥方:力爭精準治霾。賀泓舉了個例子,在二氧化硫和一次顆粒物排放總量已經開始下降的基礎上,加強氮氧化物控制,加快實施區域揮發性有機物總量控制,同時積極推進氨排放控制,著力打破大氣複合污染導致的環境容量下降的不利局面。
本報北京3月1日電
[責任編輯：韓靜]
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