研究揭示了冬季京津冀地区HONO的非均相生成过程及由居民燃烧直接排放的乙二醛和甲基乙二醛对重霾期间二次有机气溶胶生成的重要贡献。该成果近期发表于《Atmospheric
Chemistry and Physics》期刊上。

■本报记者 李瑜

论文中测出的PM2.5的浓度在130微克/立方米,时间为2009至2010年。而据北京市环保局发布的最新数据显示:2013年北京市PM2.5年均浓度为89.5微克/立方米。王跃思认为,虽然时间上有个三四年的时间差,近几年内北京的空气质量变化幅度不大。结合以往的研究成果,论文中提及的监测值有明显的虚高现象。

图1北京遥感所观测的HONO和二次有机气溶胶浓度与模式模拟考虑HONO的非均相生成过程和不考虑HONO非均相过程的对比。

与PM2.5不同,臭氧具有长距离输送的能力。因此,很多欧美国家的学者认为,中国的大气污染对其臭氧问题有影响。对此,廖宏解释说:“事实并非如此,由于我国的气溶胶浓度很高,所以大幅降低了臭氧浓度,中国目前对欧美臭氧的贡献有限。”

通过对论文中提及的监测方法,王跃思发现采样膜每次的称重都必须在恒温恒湿的条件下进行,这一条件能保证采样膜吸收的多余的水分蒸发。容易被忽视的是,采样膜在采样过程中吸收的“自由水”会转化成“化合态水”,而“化合态水”是无法排除的,从而停留在采样膜中。“采样监测没有排除掉采样膜吸收的多余化合态水,这一部分重量的计入PM2.5值虚高的根本原因所在。”

地球环境研究所李国辉研究团队利用区域气象化学耦合模式,模拟了2014年1月一次重霾事件过程中二次有机气溶胶的生成,模拟结果显示亚硝酸的非均相生成过程极大地促进了二次有机气溶胶的生成。考虑HONO的非均相过程使得模拟的HONO平均浓度提高0.7ppb,与观测值更接近,模拟的二次有机气溶胶的平均浓度提高了3.3μg
m-3,与观测的差异缩小到0.4μg m-3。

中科院大气物理所研究员 廖宏:立治霾“军令状”要有科学认知

“他的稿子里没有明确注明4%具体指的是什么,这很容易对公众产生误导。”王跃思告诉记者,汽车尾气对PM2.5的影响是复杂而动态的,直接排放只是其中一种,并且比例较小。

近年来,京津冀地区重霾事件频发,呈现污染程度重,范围广,持续时间长的特点,引发公众的广泛关注及讨论。有机气溶胶是PM2.5重要的组成成分,质量可占PM2.5的20%-90%。冬季重霾期间臭氧浓度低,大气氧化能力弱。臭氧会光解生成氢氧自由基
,
传统认为OH氧化挥发性有机气体是二次有机气溶胶的主要来源,重霾期间低的臭氧浓度不利于二次有机气溶胶的生成。然而实际观测结果显示重霾期间二次有机气溶胶浓度对有机气溶胶浓度贡献可达44%-71%,这结果说明可能有其他途径促进重霾期间二次有机气溶胶的生成。

在治理大气污染的过程中,为体现治霾的决心与力度,不少地方官员甚至纷纷与中央政府签署“军令状”。然而,在中科院大气物理所研究员廖宏看来,这些“军令状”的设立缺乏对霾变化规律的科学认知,甚至有几分“自套紧箍咒”的意味。

详解 问题数据源于研究方法与样本量等原因

论文链接:

在分析了几十年来的风速变化后,廖宏发现,近年来风速平均值的确在减弱。“气象场的因素是绝对不能忽略的。我们不仅要加大减排力度,更要明白治霾的机理。”

观点 雾霾越重尾气贡献越高

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“这些降低的数值究竟是减排措施带来的,还是本年度气象条件贡献的,比如大风给刮掉的?”廖宏强调,如果不能对治霾过程中的人为排放和气象因素加以区分,实际上并没有科学地回答治理效果的问题,同时也隐含着很大的“危险性”。比如,某地2015年PM2.5浓度平均降低了10%,那么该地区很可能在下一年度提高治霾指标。“若下一年已经尽很大努力减排,但气象条件不利,结果有可能是PM2.5不达标。”廖宏表示。

分析 PM2.5来源有两大类

研究团队进一步发现由乙二醛和甲基乙二醛气体的液相不可逆吸收过程生成的二次有机气溶胶对有机气溶胶的浓度贡献可从非雾霾期间的8.5%上升到雾霾期间的30.2%,显示其也是重霾期间二次有机气溶胶的重要生成途径之一。乙二醛和甲基乙二醛气体的来源主要由一次居民燃烧直接排放和其他有机气体氧化生成。模拟结果显示一次居民燃烧直接排放的乙二醛和甲基乙二醛是HSOA的主要来源,占总有机气溶胶的25.5%,而由其他有机气体氧化生成的乙二醛和甲基乙二醛对有机气溶胶的贡献仅有2.1%。

《中国科学报》 (2016-02-01 第4版 综合)

王跃思表示,由此来看,解析结果浮动很大。也表现出在没有污染—轻度污染—重度污染天气下的PM2.5组成和来源差别很大。在北京,霾污染越严重,汽车对大气PM2.5的贡献越大。

图2模式模拟的一次和二次HSOA浓度及对有机气溶胶质量贡献的空间分布。

令廖宏感到不解的是,新闻报道中经常出现这样的内容:某地环保部门称,本年度PM2.5浓度指标平均降低了多少个百分点,大气污染治理效果显著。

看到“汽车尾气只占4%”这则新闻,中国科学院大气物理研究所研究员王跃思立即产生了质疑。“我之前做过2013年1月的研究,强雾霾时段汽车尾气的贡献为47%,即使是同期污染程度低时,汽车贡献也要达到30%。针对同一地区,时间段又比较相近,怎么会得出差异如此之大的两个结果呢?”在王跃思看来,4%的数值被低估了。4%是指汽车尾气直接出来的粒子,而不是指汽车引起所有PM2.5的总额。

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“立军令状的初衷完全可以理解,能看到官员们的雄心壮志,但这绝不是一种科学的做法。”在日前举行的“应对气候变化的碳收支认证及相关问题研究”媒体见面会上,廖宏告诉《中国科学报》记者,局地范围内,污染物可在一两天的时间里从一个城市扩散到另一个城市。“所以,即便某地污染物排放大幅削减,但若邻近区域污染物的浓度很高,立军令状的城市PM2.5还是有超标的可能。”

王跃思的课题组曾于2009年至2011年对京津冀区域PM2.5化学成分分析进行了两年平均状况的研究,同样采用PMF方法的源解析结果表明,汽车及相关产业来源的贡献从10%到50%不等,平均约占30%。王跃思在研究中发现,北京大气中的PM2.5在霾污染发生时二次源所占的比例往往高达70%,而机动车对二次源的贡献最高可占50%。王跃思及其课题组在对2013年1月做的研究结果为例,1月11日至21日,强雾霾污染阶段汽车尾气对PM2.5的贡献为47%。

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