京城藍(lán)天緣何愛(ài)玩躲貓貓?
監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)下降,，緣何公眾感覺(jué)越來(lái)越重?
北京大學(xué)自2004年開(kāi)始全年監(jiān)測(cè)PM2.5，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析顯示,，除了2008年因舉辦奧運(yùn)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(jué)得灰霾越來(lái)越嚴(yán)重呢了?對(duì)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(shuō)，“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(cè)中心主任張大偉用數(shù)據(jù)印證了這一觀點(diǎn)：從1998年開(kāi)始，北京市一直監(jiān)測(cè)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(mén)自2013年才開(kāi)始正式監(jiān)測(cè)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(diǎn)位PM2.5的監(jiān)測(cè)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(kāi)始下降,，到2006,、2007年又出現(xiàn)了一個(gè)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(duì)比來(lái)看，PM2.5的濃度并不是一下子漲起來(lái)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(jiàn)度的部分增加了,，導(dǎo)致灰霾的視覺(jué)沖擊加大。”張大偉說(shuō),。
與此同時(shí),，很多業(yè)內(nèi)專家指出，由于環(huán)保部門(mén)和氣象部門(mén)在對(duì)霾的觀測(cè),、預(yù)報(bào),、預(yù)警指標(biāo)的判識(shí)上存在一定的差別，導(dǎo)致公眾對(duì)霾的污染程度存在混淆,。氣象部門(mén)關(guān)于霾的預(yù)報(bào),，包括輕度霾、中度霾,、重度霾是以能見(jiàn)度為標(biāo)準(zhǔn),，在濕度達(dá)到一定程度時(shí)，按照地面觀測(cè)規(guī)范規(guī)定的描述或大氣成分指標(biāo)進(jìn)一步判識(shí),，從而依據(jù)霾的程度來(lái)進(jìn)行霾的預(yù)警的,。環(huán)保部門(mén)則是依據(jù)PM2.5的濃度進(jìn)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?yàn)榕卸ǖ臉?biāo)準(zhǔn)不一,，往往造成霾預(yù)警的等級(jí)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(guó)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(jī)制,。這一成果基于北京大學(xué)環(huán)境模擬與污染控制國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室在校園內(nèi)長(zhǎng)期運(yùn)行“城市大氣環(huán)境定位觀測(cè)站”觀測(cè)研究，成果于2014年11月24日發(fā)表在美國(guó)著名科學(xué)期刊《美國(guó)科學(xué)院院報(bào)》上,。
霾主要是由于空氣中高濃度的細(xì)顆粒物(PM2.5)對(duì)太陽(yáng)光的消光作用導(dǎo)致的能見(jiàn)度下降的現(xiàn)象,。這項(xiàng)研究分析了北京初秋典型霾污染過(guò)程，霾發(fā)生時(shí)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(shuō),，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(lán)天白云的清潔天到嚴(yán)重的霾天只需要幾天時(shí)間。每個(gè)周期都包括兩個(gè)重要的化學(xué)轉(zhuǎn)化過(guò)程——在清潔天,，主要是氣態(tài)污染物生成納米顆粒物的過(guò)程,，也稱為顆粒物的核化過(guò)程，這個(gè)過(guò)程中產(chǎn)生了大量的納米級(jí)粒子;在隨后幾天,，是顆粒物持續(xù)快速的增長(zhǎng)過(guò)程,，使得在清潔階段“種植”的種子得以長(zhǎng)大到亞微米大小，這樣大小的顆粒物對(duì)太陽(yáng)光的消光作用明顯,，因此導(dǎo)致能見(jiàn)度的降低從而形成霾,。北京PM2.5質(zhì)量濃度的增長(zhǎng)非常迅速，在清潔天細(xì)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(huì)增至數(shù)百微克每立方米,。
應(yīng)該說(shuō)，這項(xiàng)研究從機(jī)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(jī)物等二次顆粒物,，表現(xiàn)出明顯的二次形成特征，并無(wú)特殊之處,。但是，在我國(guó)大氣復(fù)合污染條件下,，強(qiáng)氧化性和高濃度的氣態(tài)污染物使得顆粒物具有更強(qiáng)的核化能力和持續(xù)快速增長(zhǎng)的能力,。
對(duì)此，胡敏解釋說(shuō),，霾的形成過(guò)程中,，成核過(guò)程在世界上許多地區(qū)也會(huì)發(fā)生，但北京成核的潛力遠(yuǎn)高于其他地區(qū);更為獨(dú)特的是顆粒物的持續(xù)快速增長(zhǎng)過(guò)程,，同時(shí)具有這兩個(gè)方面就使得北京的霾更加嚴(yán)重,。相比之下，國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家城市中氣態(tài)污染物濃度較低,，大氣氧化性也沒(méi)有北京強(qiáng),，因此很難同時(shí)出現(xiàn)顆粒物有效的核化及持續(xù)快速增長(zhǎng)。
胡敏解釋說(shuō),，夏秋季,，研究發(fā)現(xiàn)在北京的地形地勢(shì)和不同氣象條件下，PM2.5呈現(xiàn)4天~7天的周期性波動(dòng),。例如,，第一天是來(lái)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,?？墒前胩熘烈惶旌螅L(fēng)速減緩為靜穩(wěn)天氣或風(fēng)向轉(zhuǎn)為來(lái)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(lán)天白云下，大氣污染物的化學(xué)轉(zhuǎn)化過(guò)程仍在進(jìn)行,。由機(jī)動(dòng)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(jìn)而核化成納米級(jí)的最小的顆粒物,，盡管對(duì)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(huì)迅速長(zhǎng)大,，就像種子迅速生根發(fā)芽一樣，霾就出現(xiàn)了,。這個(gè)過(guò)程很快,，常常是上午還是藍(lán)天，中午就出現(xiàn)了大量的種子,，下午種子就開(kāi)始發(fā)芽長(zhǎng)大,，藍(lán)天就隨之消失了。這是北京成霾的獨(dú)特過(guò)程,。
二次污染是元兇,，怎樣才能有效治理?
胡敏科研團(tuán)隊(duì)的研究成果再次證實(shí)了通過(guò)化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的二次污染對(duì)我國(guó)灰霾加劇貢獻(xiàn)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(shí),，一些城市二次污染的貢獻(xiàn)成分比例甚至高達(dá)80%。
在大氣細(xì)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(xiàng)“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(guò)程中起到了非常重要的作用,。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示,，通常灰霾形成后,，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(guò)程中，燃煤,、重化工,、機(jī)動(dòng)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(guò)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(jiàn)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(shí)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(jìn)二氧化硫和亞硫酸鹽向硫酸鹽轉(zhuǎn)化,。賀泓和研究團(tuán)隊(duì)在更接近實(shí)際大氣環(huán)境的煙霧箱中對(duì)上述反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行了驗(yàn)證，確認(rèn)了氮氧化物和懸浮礦質(zhì)氧化物顆粒對(duì)生成硫酸鹽的促進(jìn)作用和機(jī)理,。
賀泓說(shuō),，2013年1月北京地區(qū)強(qiáng)霾期間監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，北京城區(qū)和北部遠(yuǎn)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(diǎn)，進(jìn)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(guó)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(shuō),，我國(guó)灰霾的形成機(jī)制比英國(guó)倫敦和美國(guó)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?yàn)闄C(jī)動(dòng)車排放,，主要是氮氧化物和揮發(fā)性有機(jī)物的影響，而我國(guó)恰恰是兩種污染的高度復(fù)合,。我國(guó)的燃煤量非常大,，城市機(jī)動(dòng)車保有量也在快速增加，同時(shí)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(shí)間內(nèi)多種污染物的復(fù)合出現(xiàn),，使得我國(guó)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(xiàn)率為64%~72%,。在本地污染中,，機(jī)動(dòng)車來(lái)源貢獻(xiàn)率最高。
張大偉說(shuō)：“PM2.5的主要成分無(wú)非是硫酸鹽,、硝酸鹽,、銨鹽、有機(jī)物,，還有一些黑炭,、礦物塵等。這些物質(zhì)是燒出來(lái)的,，飄出來(lái)的,，揚(yáng)出來(lái)的。”他解釋,，燒出來(lái)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(lái),，還有部分不完全燃燒排放的有機(jī)物。飄出來(lái)的是工業(yè)生產(chǎn)及機(jī)動(dòng)車尾氣中的VOCs(揮發(fā)性有機(jī)化合物),，以及主要來(lái)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(jī)動(dòng)車也會(huì)排一部分氨,。揚(yáng)出來(lái)的則是揚(yáng)塵類,。
胡敏強(qiáng)調(diào)，除了本地污染源,，北京頻發(fā)灰霾受外來(lái)輸送的影響也很大,。“控制PM2.5前體物，即城市機(jī)動(dòng)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(shuō)。
追問(wèn)藍(lán)天
APEC期間吹來(lái)哪些東風(fēng)?
APEC期間氣象條件不利,，那么藍(lán)天是如何實(shí)現(xiàn)的?
張大偉介紹說(shuō),，2014年11月1日，專家預(yù)報(bào)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(tái)、邯鄲5個(gè)城市啟動(dòng)最高級(jí)別減排措施,。8日~11日的預(yù)報(bào)是先偏東風(fēng),，再轉(zhuǎn)偏南風(fēng)，所以西南的5個(gè)城市繼續(xù)最高級(jí)別,，東南方向的天津,、唐山、滄州,、衡水,，包括山東的6個(gè)城市，啟動(dòng)最高級(jí)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(gè)城市1萬(wàn)多家工業(yè)企業(yè)停產(chǎn)停工,，4萬(wàn)多個(gè)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(jī)化合物)的工序全部停產(chǎn),，機(jī)動(dòng)車限行，7個(gè)省份減排了約一半污染物,，這才實(shí)現(xiàn)了藍(lán)天目標(biāo),。
胡敏的課題組也觀測(cè)了APEC期間顆粒物的增長(zhǎng)過(guò)程，發(fā)現(xiàn)雖然APEC期間也遭遇了靜穩(wěn)天氣,，污染擴(kuò)散不利,，但顆粒物污染的增長(zhǎng)明顯變慢。
“說(shuō)明APEC期間的減排措施是有效的,，因?yàn)闄C(jī)動(dòng)車和工業(yè)過(guò)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(shuō),。
APEC期間的減排量是依靠工業(yè)企業(yè)停限產(chǎn),、機(jī)動(dòng)車限行、工地停工等實(shí)現(xiàn)的，這些措施大都是非常規(guī)措施,，難以常態(tài)化,。對(duì)此，張大偉認(rèn)為,，從長(zhǎng)遠(yuǎn)看,，還需要通過(guò)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(qiáng)等來(lái)實(shí)現(xiàn)減排效果的常態(tài)化,，這是一個(gè)循序漸進(jìn)的過(guò)程。當(dāng)下每年的常規(guī)減排力度通常最多也不超過(guò)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(shuō)空氣污染治理改善是復(fù)雜的,、艱巨的,、長(zhǎng)期的過(guò)程。
APEC會(huì)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(shí)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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