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揭开北京雾霾“betway:真身”

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揭开北京雾霾“betway:真身”

按照上海最新出台的《清洁空气行动计划》,到2017年,上海的细颗粒物年均浓度要比2012年下降20%以上。

揭开北京雾霾“真身”

揭开北京雾霾“真身”雾霾什么味儿?曾经,雾霾高发的季节,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”。这其实跟雾霾背后不同的化学成分有关。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,一直在研究北京雾霾的“配方”,以帮助全社会有针对性地从源头治理雾霾。

在27日此间举行的“上海市市长国际企业家咨询会议第25次会议”上,上海市市长杨雄的上述表示,引起与会跨国公司首脑极大关注和浓厚兴趣。这些上海市政府聘请的“洋参谋”纷纷拿出研究成果和建议,表示愿意帮助以上海为代表的中国城市向环境污染“宣战”。

雾霾什么味儿?曾经,雾霾高发的季节,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”。这其实跟雾霾背后不同的化学成分有关。

王跃思;氮氧化物;臭氧;颗粒物;雾霾

进一步限制对汽车的依赖

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,一直在研究北京雾霾的“配方”,以帮助全社会有针对性地从源头治理雾霾。

雾霾什么味儿?曾经,雾霾高发的季节,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”。这其实跟雾霾背后不同的化学成分有关。

在普华永道全球主席丹尼斯·纳利看来,汽车尾气对空气的污染有目共睹,而上海现行的车牌拍卖制度,并没有完全解决汽车消费需求快速增长带来的问题。这个做法非但没有遏制住需求,还形成了一个突出的负面效应,即等于公开宣称,如果有钱,就可以买到车。

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,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,正让这一研究成果变成环境治理的实践。

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,一直在研究北京雾霾的“配方”,以帮助全社会有针对性地从源头治理雾霾。

“对于社会凝聚力来说,传播这样的讯息没有益处。”丹尼斯·纳利说。

最早提出“氮氧化物中心说”

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,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,正让这一研究成果变成环境治理的实践。

面对快速增长的汽车保有量,是否应加快高速公路等交通设施建设?丹尼斯·纳利同样认为不可取。因为高速路会对城市产生双重伤害:不仅会增加汽车 的使用以及碳排放,而且会破坏城市原有的结构,要拆除一些很有历史的老建筑。双重伤害中,后一种情况更糟,因为历史和社会方面的损失是无法挽回的。

2013年,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。

最早提出“氮氧化物中心说”

丹尼斯·纳利建议,减轻汽车过快增长造成的环境污染,最好的解决办法是进一步压缩私家车的使用,大力发展公共交通。而要限制对汽车的依赖,对相 关消费者可考虑大幅增加收费,推出高昂的交通拥堵费,限制或者至少重新考虑未来的高速路建设规划。同时,作为拍卖车牌的补充,上海需要适时推出限购和摇号 的方法,就像北京现在推行的那样。

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

2013年,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。

一些“洋参谋”认为,汽车尾气排放可能导致比工业排放更严重的健康后果,因为其离普通人群更近。美国国际集团总裁兼首席执行官罗伯特·本莫希建 议,在向汽车拥有者征收拥堵费的同时,激励措施的引入必不可少,例如通过收费措施鼓励人们减少开车,更多选择公共交通出行,进而倡导更为环保的生活方式。

北京的雾霾是什么来头?我国自上世纪70年代开始,为防治酸雨和光化学污染,相继提出了控制二氧化硫、氮氧化物的减排措施。在近年来大气霾污染频发的背景下,硫酸盐、硝酸盐、铵盐、有机物等是高浓度气溶胶的主要成分,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。

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

借鉴世博经验推动区域环境治理

“高浓度氮氧化物的存在,可以激发二氧化硫向硫酸盐的快速转化。”2014年,王跃思团队提出了“氮氧化物中心说”这一科学假说。

北京的雾霾是什么来头?我国自上世纪70年代开始,为防治酸雨和光化学污染,相继提出了控制二氧化硫、氮氧化物的减排措施。在近年来大气霾污染频发的背景下,硫酸盐、硝酸盐、铵盐、有机物等是高浓度气溶胶的主要成分,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。

美铝公司董事长兼首席执行官克劳斯·克莱因菲尔德引用了海内外相关机构的一组数据:以上海为中心的部分长三角区域,仅占中国国土面积的2%,在 2012年贡献了全国国内生产总值的17.3%,煤炭消耗量也占到全国煤炭消耗总量的10%,“上海的环境污染不是一个局部现象,而是区域和全国性的现 象。”

王跃思和团队成员发现,北京当时的污染状况,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。“英国伦敦,大量使用蒸汽机,烧煤产生的二氧化硫形成酸雾,对人体造成伤害;美国洛杉矶,工业和汽车尾气排放大量的氮氧化物,形成的包括臭氧在内的污染物,对城市环境危害很大。而我们,这两个问题都有。”

“高浓度氮氧化物的存在,可以激发二氧化硫向硫酸盐的快速转化。”2014年,王跃思团队提出了“氮氧化物中心说”这一科学假说。

克劳斯·克莱因菲尔德同时引用并称赞了上海市环境科学研究院2011年一项研究中的两个发现:一是长三角区域排放浓度最高的地方为长江两岸和杭 州湾,那里是钢铁、化工和重型制造业的聚集地。虽然这些行业大部分已迁移出上海,但仍然分布在与上海相邻的工业中心,如宁波、苏州、南通和无锡,与上海市 中心直线距离不足200公里,意味着这些行业仍在左右着上海的空气质量。二是长三角区域的大气中,二氧化硫和氮氧化物的排放主要来自于火力发电生 产,PM10和PM2.5的排放主要来自于矿产加工和发电。由此可见,长三角区域最大的排放集群不在上海,而是主要来自周边地区的火力发电和工业活动。

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

王跃思和团队成员发现,北京当时的污染状况,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。“英国伦敦,大量使用蒸汽机,烧煤产生的二氧化硫形成酸雾,对人体造成伤害;美国洛杉矶,工业和汽车尾气排放大量的氮氧化物,形成的包括臭氧在内的污染物,对城市环境危害很大。而我们,这两个问题都有。”

克劳斯·克莱因菲尔德建议,可以借鉴世博经验推动长三角区域环境治理。相关资料显示,在2010年上海世博会筹办和举办期间,依据上海与浙江、 江苏两省签订的《长江三角洲地区环境保护合作协议(2009-2010年)》,上海世博会园区300公里半径范围内的污染得到有效控制。在世博会184天 会期里,上海空气污染指数只有两天未能达标。与2009年相比,上海空气中的二氧化硫和氮氧化物分别减少了25%和18%。

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,高浓度氮氧化物的存在,极大地推进气态二氧化硫向颗粒态硫酸盐的转化,氮氧化物在大气污染形成中有着独特的重要作用。可单凭外场观测,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。

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

发布综合指数提升公众信心

“怎么没有反应?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,竟然没有一点反应,“跟我们想象的完全不一样,我们以为肯定会反应成硫酸盐。”

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,高浓度氮氧化物的存在,极大地推进气态二氧化硫向颗粒态硫酸盐的转化,氮氧化物在大气污染形成中有着独特的重要作用。可单凭外场观测,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。

杜邦公司首席执行官埃伦·库尔曼女士建议,上海可以考虑建立和发布一个综合性更强的空气质量指数,把细颗粒物以及一氧化碳、臭氧 和挥发性有机化合物的浓度都包括在内,让公众对空气总体质量有更多了解。她相信,随着上海排放控制工作的成效越来越大,这个指数的改善会不断提 高公众的信心。

一次实验失败,再接着来第二次、第三次,但两个多月过去了,第100次实验都做完了,还是没有出现预期的反应。“是不是缺点什么?”大家都在琢磨。

“怎么没有反应?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,竟然没有一点反应,“跟我们想象的完全不一样,我们以为肯定会反应成硫酸盐。”

环保研究表明,2012年,上海大气中的二氧化硫、氮氧化物、可吸入颗粒物三项传统指标年均浓度分别比2007年下降了58%、15%和 19%,但以细颗粒物为代表的复合型、区域性大气污染问题日益突出,类似问题近期在北京、哈尔滨等我国多个城市也呈加剧蔓延之势。

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

一次实验失败,再接着来第二次、第三次,但两个多月过去了,第100次实验都做完了,还是没有出现预期的反应。“是不是缺点什么?”大家都在琢磨。

实验证实了观测的结果符合北京市的实际情况,加上一次次详实的实验模拟数据和数值模拟结果,在众多诱发霾污染的前体物中,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!

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

机动车排放氨气促进颗粒物生成

实验证实了观测的结果符合北京市的实际情况,加上一次次详实的实验模拟数据和数值模拟结果,在众多诱发霾污染的前体物中,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!

在我国,汽车尾气排放的氮氧化物,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?王跃思团队发现了一个新的氨气来源。

机动车排放氨气促进颗粒物生成

氨气是一种碱性气体,几乎是大气中唯一一种碱性气体,正是因为它的存在,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。也就是说,如果京津冀区域没有氨,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。“这点真是很要命!”

在我国,汽车尾气排放的氮氧化物,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?王跃思团队发现了一个新的氨气来源。

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

氨气是一种碱性气体,几乎是大气中唯一一种碱性气体,正是因为它的存在,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。也就是说,如果京津冀区域没有氨,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。“这点真是很要命!”

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

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

质疑的声音也纷纷跃起。“汽车尾气和燃煤等燃烧过程排放的氨仅占很小的部分。”一位专门研究汽车工业的专家如是说。课题组成员之间因此争论不休,各不让步,整个课题研究一度因为这个问题搁置。

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

但王跃思不信,“我在国内外的文献资料上,确实是看到过燃烧过程排放氨气”。后续团队用同位素分析法,终于论证了氨的来源。“在重污染期间,氨并不是主要来自农牧业,而是来自工业化石燃料燃烧过程和机动车排放,在重霾期间,这个比例可以达到80%甚至90%。”这个结论的提出和系列证实过程,不仅让整个团队惊讶,国内外同行专家也心服口服。

质疑的声音也纷纷跃起。“汽车尾气和燃煤等燃烧过程排放的氨仅占很小的部分。”一位专门研究汽车工业的专家如是说。课题组成员之间因此争论不休,各不让步,整个课题研究一度因为这个问题搁置。

随后,好消息接踵而来。

但王跃思不信,“我在国内外的文献资料上,确实是看到过燃烧过程排放氨气”。后续团队用同位素分析法,终于论证了氨的来源。“在重污染期间,氨并不是主要来自农牧业,而是来自工业化石燃料燃烧过程和机动车排放,在重霾期间,这个比例可以达到80%甚至90%。”这个结论的提出和系列证实过程,不仅让整个团队惊讶,国内外同行专家也心服口服。

课题组广州的同事去广州的珠江隧道做实验。“隧道里面只有汽车,很好得出结论。”一经检测,果然汽车尾气是排放氨的,隧道里面测出的氨的浓度,比外面高出几十倍!课题组北京的同事,测定了煤炭散烧过程排放的氨气,发现我国燃煤散烧排放的氨气是国外的50倍左右。

随后,好消息接踵而来。

“燃烧过程排放了大量的氨。”证实了!

课题组广州的同事去广州的珠江隧道做实验。“隧道里面只有汽车,很好得出结论。”一经检测,果然汽车尾气是排放氨的,隧道里面测出的氨的浓度,比外面高出几十倍!课题组北京的同事,测定了煤炭散烧过程排放的氨气,发现我国燃煤散烧排放的氨气是国外的50倍左右。

应当让颗粒物和臭氧浓度协同下降

“燃烧过程排放了大量的氨。”证实了!

破解了雾霾的真身,各项治理措施就有了针对性,效果也更加明显。

应当让颗粒物和臭氧浓度协同下降

近年来,北京市大力压减燃煤,燃煤总量已经低于500万吨,二氧化硫年均浓度稳定保持在个位数;严控移动源污染,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,是前一年的5.6倍;治理扬尘和挥发性有机物,利用科技手段提高监管,有序退出一般制造业和污染企业……

破解了雾霾的真身,各项治理措施就有了针对性,效果也更加明显。

连续5年的大气综合治理,到2017年底,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,PM2.5年均浓度降至51微克/立方米。

近年来,北京市大力压减燃煤,燃煤总量已经低于500万吨,二氧化硫年均浓度稳定保持在个位数;严控移动源污染,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,是前一年的5.6倍;治理扬尘和挥发性有机物,利用科技手段提高监管,有序退出一般制造业和污染企业……

“可以说,通过这些年,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。接下来,就要解决臭氧问题了。”王跃思说,目前以至于未来很长一段时间的研究,都得集中在臭氧治理上。

连续5年的大气综合治理,到2017年底,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,PM2.5年均浓度降至51微克/立方米。

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。“他们关于颗粒物的问题在上个世纪90年代就解决了,颗粒物浓度已经能做到不反弹,但臭氧还不行。”

“可以说,通过这些年,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。接下来,就要解决臭氧问题了。”王跃思说,目前以至于未来很长一段时间的研究,都得集中在臭氧治理上。

王跃思团队提出,为了让北京的颗粒物浓度进一步下降,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。“现状是颗粒物浓度下降了,但臭氧起来了,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,这是一个大难题,也是一个更漫长的过程。”

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。“他们关于颗粒物的问题在上个世纪90年代就解决了,颗粒物浓度已经能做到不反弹,但臭氧还不行。”

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。”原来,臭氧产生靠的是氮氧化物和挥发性有机物这两种前体物。但有意思的是,这两种前体物很“特别”。氮氧化物下降的时候,臭氧浓度反而会升高,“它俩是非线性关系,是一条抛物线,氮氧化物得降低到特别低的时候,臭氧才会下降”,王跃思说,“我们现在还在抛物线的前半段,也就是前坡,得到了后坡,才能实现。”

王跃思团队提出,为了让北京的颗粒物浓度进一步下降,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。“现状是颗粒物浓度下降了,但臭氧起来了,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,这是一个大难题,也是一个更漫长的过程。”

挥发性有机物和臭氧的关系也很奇妙。挥发性有机物越高,臭氧就越高,但反之挥发性有机物降低了,臭氧却并不降低。

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。”原来,臭氧产生靠的是氮氧化物和挥发性有机物这两种前体物。但有意思的是,这两种前体物很“特别”。氮氧化物下降的时候,臭氧浓度反而会升高,“它俩是非线性关系,是一条抛物线,氮氧化物得降低到特别低的时候,臭氧才会下降”,王跃思说,“我们现在还在抛物线的前半段,也就是前坡,得到了后坡,才能实现。”

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

挥发性有机物和臭氧的关系也很奇妙。挥发性有机物越高,臭氧就越高,但反之挥发性有机物降低了,臭氧却并不降低。

“所以,臭氧是让我们头疼的一个难题,需要继续深入研究。”王跃思说,今年北京市就要开始协同控制PM2.5和臭氧,“颗粒物浓度做到不反弹,也就算成功了一半。”

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

“所以,臭氧是让我们头疼的一个难题,需要继续深入研究。”王跃思说,今年北京市就要开始协同控制PM2.5和臭氧,“颗粒物浓度做到不反弹,也就算成功了一半。”

作者简介

姓名:骆倩雯 工作单位:

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