王躍思:揭開北京霧霾“真身”

發布日期:2019.04.01

王躍思.jpg

中國科學院大氣物理所研究員王躍思主持研究了“北京及周邊區域大氣復合污染形成機制及控制措施”。

霧霾什么味兒?曾經,霧霾高發的季節,細心的網友“品味”霧霾的味道,并曬各個城市霧霾味道的不同,北京霾被網友奉為最“醇厚”“經典”。這其實跟霧霾背后不同的化學成分有關。

王躍思帶領的中國科學院大氣物理研究所中國生態環境研究網絡大氣分中心團隊,一直在研究北京霧霾的“配方”,以幫助全社會有針對性地從源頭治理霧霾。

在“北京及周邊區域大氣復合污染形成機制及防控措施研究示范”課題中,團隊提出的“氮氧化物中心說”可謂識破了北京霧霾的本質。治理燃煤、嚴控機動車、控制揚塵……北京一項項大氣治理措施、一年年PM2.5濃度的下降,正讓這一研究成果變成環境治理的實踐。

最早提出“氮氧化物中心說”

2013年,北京市正式對公眾發布PM2.5監測結果,也是在這一年,北京市治理PM2.5的大幕拉開。

污染來勢洶洶。監測的頭一個月,北京就遭遇五次空氣重污染,首尾兩次時間各長達5天。整個1月份,霧霾天氣多達23天!

北京的霧霾是什么來頭?我國自上世紀70年代開始,為防治酸雨和光化學污染,相繼提出了控制二氧化硫、氮氧化物的減排措施。在近年來大氣霾污染頻發的背景下,硫酸鹽、硝酸鹽、銨鹽、有機物等是高濃度氣溶膠的主要成分,但對這些成分前體物的控制方向一直不是十分明確。這次污染發生后,王躍思團隊著手研究這個問題。

“高濃度氮氧化物的存在,可以激發二氧化硫向硫酸鹽的快速轉化。”2014年,王躍思團隊提出了“氮氧化物中心說”這一科學假說。

王躍思和團隊成員發現,北京當時的污染狀況,其實是上世紀50年代前后英國倫敦和美國洛杉磯的加和體。“英國倫敦,大量使用蒸汽機,燒煤產生的二氧化硫形成酸霧,對人體造成傷害;美國洛杉磯,工業和汽車尾氣排放大量的氮氧化物,形成的包括臭氧在內的污染物,對城市環境危害很大。而我們,這兩個問題都有。”

“真沒想到,我們也驚呆了。”成員們研究發現,在京津冀地區,大量燃煤燃燒排放二氧化硫,而工業和汽車尾氣排放的氮氧化物,二者在沙塵的媒介下,又觸發了二氧化硫向硫酸鹽的快速轉化,這樣一來,氣體就變成了顆粒物,重霾污染就來了。

這就是王躍思團隊提出的“氮氧化物中心說”。在北京重霾期間,高濃度氮氧化物的存在,極大地推進氣態二氧化硫向顆粒態硫酸鹽的轉化,氮氧化物在大氣污染形成中有著獨特的重要作用。可單憑外場觀測,只能知道反應物和產物,內部過程像黑盒子,無從得知。煙霧箱實驗模擬,必不可少。

“怎么沒有反應?真是奇怪!”團隊成員開始做煙霧箱實驗,可是他們把氮氧化物和二氧化硫兩類氣體放一起時,竟然沒有一點反應,“跟我們想象的完全不一樣,我們以為肯定會反應成硫酸鹽。”

一次實驗失敗,再接著來第二次、第三次,但兩個多月過去了,第100次實驗都做完了,還是沒有出現預期的反應。“是不是缺點什么?”大家都在琢磨。

突然一天,有人提出,“沙塵!北京有沙塵啊,怎么把它忘了!”果然,一加入沙塵“種子”,細顆粒物污染“嘩”就爆發了,跟炸彈爆炸一樣來勢兇猛。這一“炸”,把大家“炸”興奮了!

實驗證實了觀測的結果符合北京市的實際情況,加上一次次詳實的實驗模擬數據和數值模擬結果,在眾多誘發霾污染的前體物中,將優先控制的目標鎖定為氮氧化物的“氮氧化物中心說”,從假說上升到了科學理論!

機動車排放氨氣促進顆粒物生成

在我國,汽車尾氣排放的氮氧化物,觸發了燃煤產生的二氧化硫向顆粒物硫酸鹽轉化。但仍有一個重要的問題:怎么促成轉化,究竟是什么在起作用?王躍思團隊發現了一個新的氨氣來源。

氨氣是一種堿性氣體,幾乎是大氣中唯一一種堿性氣體,正是因為它的存在,硫酸和硝酸中和變成了硫酸鹽和硝酸鹽,氣體變成了顆粒物。也就是說,如果京津冀區域沒有氨,顆粒物污染也不會那么嚴重,二氧化硫和氮氧化物也就可能作為氣體消散了。“這點真是很要命!”

氨氣從哪來?一般認為, 70%以上的氨都是從農牧業來的,農業化肥使用揮發大約能占30%,畜牧業養殖占40%,人體占9%。衛星觀測發現,在整個華北地區,氨的濃度越來越高。可對農牧業的現狀進行分析,發現農牧業的活動水平是下降的,應該會導致氨的排放量下降。大家一時間也弄不清楚究竟是怎么回事。

農業的氨怎么跑到城里來了?城市氨氣為什么逐年升高?王躍思團隊提出可能有未知的氨氣來源,而且這一來源極有可能與燃燒過程有關。

質疑的聲音也紛紛躍起。“汽車尾氣和燃煤等燃燒過程排放的氨僅占很小的部分。”一位專門研究汽車工業的專家如是說。課題組成員之間因此爭論不休,各不讓步,整個課題研究一度因為這個問題擱置。

但王躍思不信,“我在國內外的文獻資料上,確實是看到過燃燒過程排放氨氣”。后續團隊用同位素分析法,終于論證了氨的來源。“在重污染期間,氨并不是主要來自農牧業,而是來自工業化石燃料燃燒過程和機動車排放,在重霾期間,這個比例可以達到80%甚至90%。”這個結論的提出和系列證實過程,不僅讓整個團隊驚訝,國內外同行專家也心服口服。

隨后,好消息接踵而來。

課題組廣州的同事去廣州的珠江隧道做實驗。“隧道里面只有汽車,很好得出結論。”一經檢測,果然汽車尾氣是排放氨的,隧道里面測出的氨的濃度,比外面高出幾十倍!課題組北京的同事,測定了煤炭散燒過程排放的氨氣,發現我國燃煤散燒排放的氨氣是國外的50倍左右。

“燃燒過程排放了大量的氨。”證實了!

應當讓顆粒物和臭氧濃度協同下降

破解了霧霾的真身,各項治理措施就有了針對性,效果也更加明顯。

近年來,北京市大力壓減燃煤,燃煤總量已經低于500萬噸,二氧化硫年均濃度穩定保持在個位數;嚴控移動源污染,降低氮氧化物排放,僅去年就查處了32.5萬輛次超標重型柴油車,是前一年的5.6倍;治理揚塵和揮發性有機物,利用科技手段提高監管,有序退出一般制造業和污染企業……

連續5年的大氣綜合治理,到2017年底,北京市的PM2.5年均濃度從2013年的89.5微克/立方米下降到了58微克/立方米;2018年北京繼續開展藍天保衛戰,PM2.5年均濃度降至51微克/立方米。

“可以說,通過這些年,顆粒物治理已經走上了‘快車道’,事實也證明咱們治理的方向和措施是正確的。接下來,就要解決臭氧問題了。”王躍思說,目前以至于未來很長一段時間的研究,都得集中在臭氧治理上。

臭氧治理又是一個大難題,像歐美等發達國家,至今都還未能解決臭氧問題,臭氧濃度仍會出現超標的情況。“他們關于顆粒物的問題在上個世紀90年代就解決了,顆粒物濃度已經能做到不反彈,但臭氧還不行。”

王躍思團隊提出,為了讓北京的顆粒物濃度進一步下降,未來也要通過調控臭氧來實現,使得顆粒物和臭氧濃度協同下降。“現狀是顆粒物濃度下降了,但臭氧起來了,我們要研究PM2.5和臭氧的協同控制措施,要控制臭氧的同時還不能讓顆粒物濃度反彈,這是一個大難題,也是一個更漫長的過程。”

臭氧的治理為何這么難?王躍思回答:“因為有很大的不確定性。”原來,臭氧產生靠的是氮氧化物和揮發性有機物(VOCs)這兩種前體物。但有意思的是,這兩種前體物很“特別”。氮氧化物下降的時候,臭氧濃度反而會升高,“它倆是非線性關系,是一條拋物線,氮氧化物得降低到特別低的時候,臭氧才會下降”,王躍思說,“我們現在還在拋物線的前半段,也就是前坡,得到了后坡,才能實現。”

揮發性有機物和臭氧的關系也很奇妙。揮發性有機物越高,臭氧就越高,但反之揮發性有機物降低了,臭氧卻并不降低。

說起這個,王躍思也哭笑不得,因為揮發性有機物的種類實在太多了,大氣中有300多種,“你把前10種影響大的解決了,馬上就有后10種來替補,永遠有應接不暇的替補。”

“所以,臭氧是讓我們頭疼的一個難題,需要繼續深入研究。”王躍思說,今年北京市就要開始協同控制PM2.5和臭氧,“顆粒物濃度做到不反彈,也就算成功了一半。”(北京日報記者 駱倩雯)


日本一级2019免费天狼 "数读"北京70年"成绩单":地区生产总值提至3万多亿| 致远申购中签号| 孚能科技公司创始人疑均为外籍 现欲冲刺科创板| 人声带组织在实验室培养成功 有望让患者重新发声| 烈火英雄抄袭被诉| 巴雷特路飞霸气| 海口约谈百家企业和市场 禁止趁中秋国庆哄抬价格| 市场的黄金价| 主题教育开出实效| 中秋宴惊魂:厨师做个表演 一桌人淋成“落汤鸡”| 共享充电宝涨价背后:网点布局焦虑| 十大博客看后市:四大逻辑看好节后行情| 临港自贸区什么时候开工| 党争下英国陷脱欧困局 学者:让脱欧更难胜过更好| 到底是不是朋友?王健林说“是”董明珠说“谈不上”| 药品集中采购拼杀激烈 激励药企良性竞争| 安徽职业招生| 中金:龙源电力降至5.3港元 维持中性评级| 重庆农商行给大股东"输血" 内控失范支行行长受贿| 哪类平台价值高? 从估值体系看平台企业| 主题教育比赛| 在赌场怎么借钱| 快讯:港股恒指跌幅扩大至1.04% 友邦跌近3%领跌蓝筹| 昆士兰州与支付宝战略合作 中国游客一部手机游全球| 最大5g服务提供商| 美与塔利班谈判破裂 外媒:双方或升级战争| 全国首创电子保函平台落户大连金普新区| 胡春华:大力促进家庭农场和农民合作社高质量发展| 幼儿园仅招干部三代以内直系子女| 产业资本出手 “收购+重整”盘活制造业不良资产| 安徽2名市长履新省政府副秘书长 两人同龄| 蚌埠大火 | 政协制度初心| 禁赌令让西港大量中国人出境?柬方给出四大原因| 茅台大户提前打款千万 有黄牛发朋友圈"茅台割韭菜"| 魔兽怀旧活动| 银亿董事长熊续强遭证监会调查 股东用资金悬而未决| 农行行长一职尘埃落定 进出口银行行长张青松履新| 台湾杀人到香港| 防止福岛核事故重演 日本新任环境大臣想废核| C919飞机104架机转场西安阎良 开展新阶段试飞任务| wdsn6duzrejn7eyzk7mhnz7qdlu5rwli5 商务部:中美保持密切沟通 为磋商取得进展做好准备| 2020年吉林省高考报名时间| 村村通快递不是梦 全国快递网点乡镇覆盖率达95%| 阿尔及利亚一医院发生火灾8名婴儿死亡| 广发钻石卡几天收到卡| 邓庆旭:科技迅猛发展 智慧金融成银行业发展新趋势| 为控风险 华通医药技术研发中心项目投资“缩水”| 三国志战略版桌面版| 房贷利率换锚前夕 上海首套房贷"九五折"还有迹可循| 任正非谈"发债300亿":成本很低 为了增强社会信任| 冻结公司账户可以冻结几个| 易华录经营现金流首次转正 数据湖贡献六成业绩| 多股猪肉概念股跌停 机构博弈激烈| 5G诺基亚生产商| 任正非:苹果等公司可基于许可使用华为技术建5G网络| 央行9月30日将发行中国国际进口博览会金银纪念币1套| 第二银河军团战| 推融合套餐 联通为何联姻广电| 封开县| 网上办理群众| 球员张鹭涉嫌醉驾被刑拘 俱乐部对其停薪停训停赛| 智慧世界网站| 陆景生:香港将继续发挥产品创新"试验田”的作用| 亿纬锂能今日跌停 三机构席位抛售1.74亿元| 吴江发展建设| 淘宝造物节变“大”了| 人民日报:雄关漫道真如铁 世界超2/3高铁轨道在中国| 河南郑州的来源| A股震荡反弹:沪指逼近3000点 科技股重回升势| 文物保护单位中心| 9岁小仙女双腿截肢却红遍全球 她用笑容创造历史| 中粮期货 试错交易:9月24日市场观察| 广州智伴智能机器人| 世界最长重载铁路通车在即:中国规模最大运煤专线| 英媒:中国气候措施远超澳美 澳总理言论不合时宜| 英国的外交成就| 滴滴党员司机服务上线 程维朋友圈点赞司机| 致命的女人结局| 沙特石油设施遭袭油价跳涨 美要放“祖传”储备?| 中原传媒:拟将河南教育电子音像出版社资产装入公司| 金价今日价格金条|