北京大學環境科學與工程學院胡敏課題組在PNAS上發文揭示北京霾...

2020-12-02 北大新聞網

北京大學環境科學與工程學院胡敏教授課題組與美國德州A&M大學張人一教授合作研究揭示北京霾形成的機制。研究顯示，與直接排放至大氣中一次顆粒物相比，城區交通等排放的大量揮發性有機物（VOCs）、氮氧化物（NOx）和周邊工業生產排放的大量二氧化硫（SO2）經化學轉化生成的二次顆粒物對北京霾的貢獻更大，有針對性的控制上述三類氣態汙染物是治理北京霾的關鍵。

該成果基於北京大學環境模擬與汙染控制國家重點實驗室在校園內長期運行「城市大氣環境定位觀測站」觀測研究，由大氣化學研究團隊胡敏教授、邵敏教授、曾立民教授、美國德州A&M大學張人一教授和聯合博士後郭松等人合作完成。同時獲得國家自然科學基金和科技部973項目資金支持。成果於11月24日發表在美國著名科學期刊《美國科學院院報》（Proceedings of the National Academy of the Sciences of the United States of America，縮寫PNAS）上。

霾是空氣中高濃度的細顆粒物（PM2.5）對太陽光的消光作用而導致的能見度下降的現象。本研究分析了北京初秋的典型霾汙染過程，霾發生時表現出高臭氧和高PM2.5的大氣複合汙染特徵，霾從形成到結束，從藍天白雲的清潔天到嚴重的霾天只需要幾天時間（一般以4至7天為一個周期）。每個周期都包括兩個重要的化學轉化過程：在清潔天，主要是氣態汙染物生成納米顆粒物的過程，也稱為顆粒物的核化過程，這個過程中產生了大量的納米級粒子；在隨後的幾天，是顆粒物的持續快速的增長過程，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，導致能見度的降低從而形成霾。北京PM2.5質量濃度的增長速度非常迅速，在清潔天每立方米大氣中的顆粒物總質量不足50微克，但在2至4天後的汙染階段會增至數百微克。

研究從機理上解釋了北京的霾比世界上其它地區形成更迅速且更嚴重的原因。北京大氣顆粒物化學組成與世界上其它地區非常相似，都主要是硫酸鹽、硝酸鹽、銨鹽和二次有機物等二次顆粒物，表現出明顯的二次形成特徵，並無特殊之處。但是，在我國大氣複合汙染條件下，強氧化性和高濃度的氣態汙染物使得顆粒物具有更強的核化能力和持續快速增長的能力。成核過程在世界上許多地區也會發生，但北京成核的潛力遠高於其它地區，只要是清潔天都會發生；更為獨特的是顆粒物的持續快速增長過程，同時具有這兩個方面就使得北京的霾更加嚴重。相比之下，發達國家城市中氣態汙染物濃度較低，大氣氧化性也沒有北京強，因此很難同時出現到顆粒物有效的核化及持續快速的增長。

 
清潔天（左）和霾天（右）的照片。
大量納米顆粒物在清潔天生成，並在數天後長大到亞微米，
導致PM2.5濃度迅速升高，能見度下降，形成霾。
 
 

編輯：未天


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