京城藍天緣何愛玩躲貓貓?
監(jiān)測數(shù)據(jù)下降，緣何公眾感覺越來越重?
北京大學(xué)自2004年開始全年監(jiān)測PM2.5，監(jiān)測數(shù)據(jù)分析顯示，除了2008年因舉辦奧運年均濃度最低外，最近幾年P(guān)M2.5年均濃度較2006年和2007年略有下降。PM2.5的濃度在降低，但是為何公眾卻覺得灰霾越來越嚴(yán)重呢了?對此，北京大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院教授胡敏解釋說，“2012和2013年的極端重污染天數(shù)增多，可能是公眾感到灰霾加重的原因。”
北京市環(huán)境監(jiān)測中心主任張大偉用數(shù)據(jù)印證了這一觀點：從1998年開始，北京市一直監(jiān)測的二氧化硫、二氧化氮和PM10濃度都在下降。其中PM10下降了40%左右，PM10包含PM2.5，PM2.5應(yīng)該也隨之下降。北京市環(huán)保部門自2013年才開始正式監(jiān)測并發(fā)布PM2.5的數(shù)據(jù)。在此之前的科技論文中，北京城區(qū)點位PM2.5的監(jiān)測數(shù)據(jù)，總體在80~120微克/立方米之間波浪變化。2000年最高，之后開始下降，到2006、2007年又出現(xiàn)了一個高峰。
“2013年和2014年，北京市PM2.5的年均濃度分別是89.5微克/立方米和85.9微克/立方米，所以對比來看，PM2.5的濃度并不是一下子漲起來的，歷史上比現(xiàn)在可能還要高。有一種可能是，現(xiàn)在的PM2.5組分發(fā)生了變化，影響能見度的部分增加了，導(dǎo)致灰霾的視覺沖擊加大。”張大偉說。
與此同時，很多業(yè)內(nèi)專家指出，由于環(huán)保部門和氣象部門在對霾的觀測、預(yù)報、預(yù)警指標(biāo)的判識上存在一定的差別，導(dǎo)致公眾對霾的污染程度存在混淆。氣象部門關(guān)于霾的預(yù)報，包括輕度霾、中度霾、重度霾是以能見度為標(biāo)準(zhǔn)，在濕度達到一定程度時，按照地面觀測規(guī)范規(guī)定的描述或大氣成分指標(biāo)進一步判識，從而依據(jù)霾的程度來進行霾的預(yù)警的。環(huán)保部門則是依據(jù)PM2.5的濃度進行黃色、橙色和紅色的重污染天氣預(yù)警。雖然本質(zhì)都是PM2.5,但是因為判定的標(biāo)準(zhǔn)不一，往往造成霾預(yù)警的等級不一樣。
相比其他城市，為何北京灰霾形成更迅速?
北京大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院胡敏教授課題組與美國德克薩斯州農(nóng)工大學(xué)張人一教授合作研究揭示北京霾形成的機制。這一成果基于北京大學(xué)環(huán)境模擬與污染控制國家重點實驗室在校園內(nèi)長期運行“城市大氣環(huán)境定位觀測站”觀測研究，成果于2014年11月24日發(fā)表在美國著名科學(xué)期刊《美國科學(xué)院院報》上。
霾主要是由于空氣中高濃度的細顆粒物(PM2.5)對太陽光的消光作用導(dǎo)致的能見度下降的現(xiàn)象。這項研究分析了北京初秋典型霾污染過程，霾發(fā)生時表現(xiàn)出以高臭氧和高PM2.5為特征的大氣復(fù)合污染特征。
胡敏介紹說，北京的霾從形成到結(jié)束一般以4天~7天為周期，而且從藍天白云的清潔天到嚴(yán)重的霾天只需要幾天時間。每個周期都包括兩個重要的化學(xué)轉(zhuǎn)化過程——在清潔天，主要是氣態(tài)污染物生成納米顆粒物的過程，也稱為顆粒物的核化過程，這個過程中產(chǎn)生了大量的納米級粒子;在隨后幾天，是顆粒物持續(xù)快速的增長過程，使得在清潔階段“種植”的種子得以長大到亞微米大小，這樣大小的顆粒物對太陽光的消光作用明顯，因此導(dǎo)致能見度的降低從而形成霾。北京PM2.5質(zhì)量濃度的增長非常迅速，在清潔天細顆粒物質(zhì)量濃度不足50微克每立方米，但在兩天至4天后的污染階段會增至數(shù)百微克每立方米。
應(yīng)該說，這項研究從機理上解釋了北京的霾比世界上其他地區(qū)形成更迅速且更嚴(yán)重的原因。北京大氣顆粒物化學(xué)組成與世界上其他地區(qū)非常相似，主要是硫酸鹽、硝酸鹽、銨鹽和二次有機物等二次顆粒物，表現(xiàn)出明顯的二次形成特征，并無特殊之處。但是，在我國大氣復(fù)合污染條件下，強氧化性和高濃度的氣態(tài)污染物使得顆粒物具有更強的核化能力和持續(xù)快速增長的能力。
對此，胡敏解釋說，霾的形成過程中，成核過程在世界上許多地區(qū)也會發(fā)生，但北京成核的潛力遠高于其他地區(qū);更為獨特的是顆粒物的持續(xù)快速增長過程，同時具有這兩個方面就使得北京的霾更加嚴(yán)重。相比之下，國外發(fā)達國家城市中氣態(tài)污染物濃度較低，大氣氧化性也沒有北京強，因此很難同時出現(xiàn)顆粒物有效的核化及持續(xù)快速增長。
胡敏解釋說，夏秋季，研究發(fā)現(xiàn)在北京的地形地勢和不同氣象條件下，PM2.5呈現(xiàn)4天~7天的周期性波動。例如，第一天是來自清潔地區(qū)的北風(fēng)，且風(fēng)速較大，將北京地區(qū)的污染物驅(qū)除？墒前胩熘烈惶旌，風(fēng)速減緩為靜穩(wěn)天氣或風(fēng)向轉(zhuǎn)為來自污染地區(qū)的南風(fēng)，顆粒物快速生成，導(dǎo)致在剩下的3天~5天，濃度持續(xù)上升，直至新一輪北風(fēng)降臨，驅(qū)除污染。
這就意味著，即使在秋高氣爽、藍天白云下，大氣污染物的化學(xué)轉(zhuǎn)化過程仍在進行。由機動車、工業(yè)企業(yè)排放的氣態(tài)污染物轉(zhuǎn)化成可凝結(jié)蒸汽，進而核化成納米級的最小的顆粒物，盡管對顆粒物的質(zhì)量濃度增加不多，但是在大氣中播撒了大量顆粒物的“種子”;一旦出現(xiàn)不利的氣象條件，其他的氣體污染物在這些小顆粒物上不斷凝結(jié)，這些顆粒物就會迅速長大，就像種子迅速生根發(fā)芽一樣，霾就出現(xiàn)了。這個過程很快，常常是上午還是藍天，中午就出現(xiàn)了大量的種子，下午種子就開始發(fā)芽長大，藍天就隨之消失了。這是北京成霾的獨特過程。
二次污染是元兇，怎樣才能有效治理?
胡敏科研團隊的研究成果再次證實了通過化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的二次污染對我國灰霾加劇貢獻巨大。
2014年2月，京津冀地區(qū)一輪持續(xù)的大范圍灰霾天氣發(fā)生時，一些城市二次污染的貢獻成分比例甚至高達80%。
在大氣細顆粒物的重要組分中，硫酸鹽與灰霾形成密切相關(guān)。中科院生態(tài)環(huán)境研究中心研究員、中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項“大氣灰霾追因和控制”首席科學(xué)家賀泓表示，硫酸鹽在成霾的過程中起到了非常重要的作用。監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，通；姻残纬珊，硫酸鹽在大氣PM2.5顆粒中的占比在15%~20%之間。二次污染生成過程中，燃煤、重化工、機動車排放的二氧化硫和氮氧化物本身是氣體，這些氣體經(jīng)過大氣氧化作用，變成硫酸鹽和硝酸鹽顆粒，從而加劇灰霾的發(fā)生。
通常情況下，二氧化硫在常見的礦質(zhì)氧化物表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)后，主要產(chǎn)物為亞硫酸鹽，短時間內(nèi)難以轉(zhuǎn)化為硫酸鹽，但共存的氮氧化物卻可以極大地促進二氧化硫和亞硫酸鹽向硫酸鹽轉(zhuǎn)化。賀泓和研究團隊在更接近實際大氣環(huán)境的煙霧箱中對上述反應(yīng)機理進行了驗證，確認(rèn)了氮氧化物和懸浮礦質(zhì)氧化物顆粒對生成硫酸鹽的促進作用和機理。
賀泓說，2013年1月北京地區(qū)強霾期間監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，北京城區(qū)和北部遠郊區(qū)的二氧化硫濃度接近，但PM2.5濃度卻呈現(xiàn)城區(qū)高、郊區(qū)低的特點，進一步研究則發(fā)現(xiàn)PM2.5濃度和城郊的氮氧化物濃度呈正相關(guān)，即城市中汽車尾氣等排放的氮氧化物多于郊區(qū)，使得這一城區(qū)PM2.5濃度增高。
美國德克薩斯州農(nóng)工大學(xué)大氣化學(xué)與環(huán)境研究中心主任張人一分析說，我國灰霾的形成機制比英國倫敦和美國洛杉磯早先的煙霧事件要復(fù)雜得多。倫敦?zé)熿F產(chǎn)生的主要成因是燃煤，以硫氧化物為主;洛杉磯的煙霧則主要因為機動車排放，主要是氮氧化物和揮發(fā)性有機物的影響，而我國恰恰是兩種污染的高度復(fù)合。我國的燃煤量非常大，城市機動車保有量也在快速增加，同時鋼鐵、建材、水泥、陶瓷玻璃等高排放的一些行業(yè)依舊在發(fā)展，短時間內(nèi)多種污染物的復(fù)合出現(xiàn)，使得我國灰霾成因非常復(fù)雜。
北京PM2.5源解析成果顯示，本地污染排放貢獻率為64%~72%。在本地污染中，機動車來源貢獻率最高。
張大偉說：“PM2.5的主要成分無非是硫酸鹽、硝酸鹽、銨鹽、有機物，還有一些黑炭、礦物塵等。這些物質(zhì)是燒出來的，飄出來的，揚出來的。”他解釋，燒出來的主要是硫酸鹽、硝酸鹽，由化石能源燃燒排放的二氧化硫、氮氧化物轉(zhuǎn)化而來，還有部分不完全燃燒排放的有機物。飄出來的是工業(yè)生產(chǎn)及機動車尾氣中的VOCs(揮發(fā)性有機化合物)，以及主要來自畜禽養(yǎng)殖、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等揮發(fā)排放的氨氣，城市里的機動車也會排一部分氨。揚出來的則是揚塵類。
胡敏強調(diào)，除了本地污染源，北京頻發(fā)灰霾受外來輸送的影響也很大。“控制PM2.5前體物，即城市機動車VOCs和氮氧化物的排放，以及控制區(qū)域工業(yè)SO2的排放是治霾的關(guān)鍵所在。”胡敏說。
追問藍天
APEC期間吹來哪些東風(fēng)?
APEC期間氣象條件不利，那么藍天是如何實現(xiàn)的?
張大偉介紹說，2014年11月1日，專家預(yù)報11月4日~5日、8日~11日將有兩次不利氣象條件。4日~5日是偏西南風(fēng)向，所以西南方向沿太行山東麓的廊坊、保定、石家莊，邢臺、邯鄲5個城市啟動最高級別減排措施。8日~11日的預(yù)報是先偏東風(fēng)，再轉(zhuǎn)偏南風(fēng)，所以西南的5個城市繼續(xù)最高級別，東南方向的天津、唐山、滄州、衡水，包括山東的6個城市，啟動最高級別減排措施。另外，山西、內(nèi)蒙古等部分城市也相應(yīng)采取了措施。最終區(qū)域內(nèi)共有17個城市1萬多家工業(yè)企業(yè)停產(chǎn)停工，4萬多個工地停工。除此之外，燃煤電廠減排50%，鋼鐵、水泥等高架源全部停產(chǎn)，涉及VOCs(揮發(fā)性有機化合物)的工序全部停產(chǎn)，機動車限行，7個省份減排了約一半污染物，這才實現(xiàn)了藍天目標(biāo)。
胡敏的課題組也觀測了APEC期間顆粒物的增長過程，發(fā)現(xiàn)雖然APEC期間也遭遇了靜穩(wěn)天氣，污染擴散不利，但顆粒物污染的增長明顯變慢。
“說明APEC期間的減排措施是有效的，因為機動車和工業(yè)過程排放的VOCs、氮氧化物、二氧化硫減少，導(dǎo)致這些氣態(tài)污染物形成的二次污染物減少了。”胡敏說。
APEC期間的減排量是依靠工業(yè)企業(yè)停限產(chǎn)、機動車限行、工地停工等實現(xiàn)的，這些措施大都是非常規(guī)措施，難以常態(tài)化。對此，張大偉認(rèn)為，從長遠看，還需要通過產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、能源結(jié)構(gòu)等的調(diào)整優(yōu)化，以及末端治理的加強等來實現(xiàn)減排效果的常態(tài)化，這是一個循序漸進的過程。當(dāng)下每年的常規(guī)減排力度通常最多也不超過10%，大幅度減排才能有根本性的改善，小幅度減排只能有小幅的改善，所以說空氣污染治理改善是復(fù)雜的、艱巨的、長期的過程。
APEC會議空氣質(zhì)量保障工作，是京津冀協(xié)同治理的一次成功的嘗試和實踐，大幅減排是根本，而區(qū)域協(xié)同治理與污染物協(xié)同治理是關(guān)鍵
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