水蒸氣看似清潔無害，可能也是霧霾的幫兇之一？
中國科學院地球環境研究所領銜的團隊通過現場觀測、同位素分析和數值模擬發現，部分燃燒產生的水蒸氣增加了相對溼度，導致氣溶膠中PM2.5積聚。
在空氣重汙染期間，燃燒產生的水蒸氣平均增加了每立方米4.6 微克的PM2.5，相當於當地人工源PM2.5的5.1%，最高則可能貢獻18.2%。
水蒸氣與霧霾
科學家們早已發現，水蒸氣與霧霾有著緊密的關聯。所謂PM2.5，指的是環境空氣中空氣動力學當量直徑小於等於 2.5 微米的細顆粒物，直徑還不到頭髮絲粗細的1/20。
這些PM2.5是怎麼來的呢？它們有些是直接排放出來的一次粒子，還有些是由二氧化硫、氮氧化物等氣體汙染物通過大氣化學反應而生成的二次粒子。
而大氣相對溼度的提高會提高二氧化硫和氮氧化物的非均相氧化速率，從而促進二次氣溶膠的形成，惡化空氣品質。因此，特別是在空氣擴散條件不好的情況下，大量原本清潔的水蒸氣聚集在低空，可能會成為霧霾的幫兇。
大氣最低層中的水蒸氣主要來自海洋的輸送，由化石燃料或生物質燃燒產生的水蒸氣在全球大氣水收支中可以忽略不計。
然而，2015年美國學者的一項研究針對位於封閉盆地內的猶他州鹽湖城，發現在特定日子裡大氣最低層中高達13%的水蒸氣來自於燃燒產生水。這些水分到底是空氣汙染的因還是果，亟待明確。
追蹤氫氧同位素
要明確燃燒產生水對空氣的影響，首先要解答的問題是，空氣中到底有多少水是由燃燒產生的？
此時，同位素分析工具就可以排上用場。具有相同質子數，不同中子數的同一元素的不同核素互為同位素。例如，所有氫原子都由1個質子構成，但又可細分為氕（P）氘（D）氚（T）三種同位素，分別含有0、1、2個中子。
我們都知道，水是由氫和氧兩種元素組成的，特定區域使用的特定能源會導致燃燒產生水中氫同位素和氧同位素比例呈現出一組特徵，從而可用於溯源。
為此，中科院的這個研究團隊在三個冬季內（雨天除外）連續測量某地近地表水蒸氣穩定氫同位素δD、氧同位素δ18O成分數據，時間解析度達到小時級別。
接著，研究人員實驗測定了煤、天然氣、汽油等化石燃料的端元δD和δ18O，通過當地的能源清單計算出了燃燒產生水的加權端元同位素組成。
統計發現，燃燒產生水平均佔到大氣溼度的6.2%，最高貢獻達到16.2%。在PM2.5上升期間，其份額與PM2.5和相對溼度呈現出正相關。
最後，研究團隊利用WRF-Chem模型模擬了2015年12月27日至2016年1月15日的19天重霾事件，以檢驗SO2、NO2和燃燒產生水對PM2.5形成的影響。
模型表明，在當地空氣重汙染期間，燃燒產生的水蒸氣平均增加了每立方米4.6 微克的PM2.5，相當於當地人工源PM2.5的5.1%，最高則可能貢獻18.2%。
「煤改氣」是減少汙染物排放、改善空氣品質的重要能源政策之一，然而，在產生相同能量時，天然氣燃燒產生的水蒸氣比燃煤多3倍。該研究團隊認為，需要進一步謹慎評估能源結構對空氣汙染的影響。
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