北京霧霾形成機(jī)制

　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)德州A&M大學(xué)張人一教授合作研究揭示北京霾形成的機(jī)制。研究顯示，與直接排放至大氣中一次顆粒物相比城區(qū)交通等排放的大量揮發(fā)性有機(jī)物(VOCs)、氮氧化物(NOx)和周邊工業(yè)生產(chǎn)排放的大量二氧化硫(SO2)經(jīng)化學(xué)轉(zhuǎn)化生成的二次顆粒物對(duì)北京霾的貢獻(xiàn)更大，有針對(duì)性的控制上述三類氣態(tài)污染物是治理北京霾的關(guān)鍵。

　　該成果基于北京大學(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，由大氣化學(xué)研究團(tuán)隊(duì)胡敏教授、邵敏教授、曾立民教授、美國(guó)德州A&M大學(xué)張人一教授和聯(lián)合博士后郭松等人合作完成。同時(shí)獲得國(guó)家自然科學(xué)基金和科技部973項(xiàng)目資金支持。成果于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)》(PNAS)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。該項(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。北京的霾從形成到結(jié)束一般以4至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，在清潔天每立方米大氣中的顆粒物總重量不足50微克，但在2至4天后的污染階段會(huì)增至數(shù)百微克。

　　清潔天與PM2.5質(zhì)量濃度迅速升高，導(dǎo)致能見(jiàn)度下降，形成霾對(duì)比

　　研究從機(jī)理上解釋了北京的霾比世界上其它地區(qū)形成更迅速且更嚴(yán)重的原因。北京大氣顆粒物化學(xué)組成與世界上其它地區(qū)非常相似，都主要是硫酸鹽、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。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)高于其它地區(qū)，只要是清潔天都會(huì)發(fā)生;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)