大氣灰霾追因與控制

1、2013年 . 第28卷 . 第3期大氣灰霾追因與控制Formation Mechanism and Control Strategies of Haze in China* 基金項(xiàng)目： 中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專(zhuān)項(xiàng) （ XDB05000000 ）修改稿收到日期： 2013年4月27日344【 摘 要 】 大氣灰霾如何產(chǎn)生以及如何控制， 不僅是大氣科學(xué)研究面臨的前沿課題， 也是我國(guó)政府和公眾迫切需要解決的重大環(huán)境污染問(wèn)題。中科院開(kāi)展的 “大

2、氣灰霾追因與控制” 專(zhuān)項(xiàng)將以大氣細(xì)顆粒物 （ PM2.5 ） 的生成、 演化和控制為核心科學(xué)問(wèn)題， 以京津冀、 長(zhǎng)三角、 珠三角為研究區(qū)域， 通過(guò)可控實(shí)驗(yàn)、 外場(chǎng)觀測(cè)和數(shù)值模擬確定致霾污染物的組成及來(lái)源， 闡明區(qū)域灰霾形成的關(guān)鍵物理化學(xué)機(jī)制， 識(shí)別關(guān)鍵污染物和污染源， 發(fā)展具有我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的大氣灰霾監(jiān)測(cè)技術(shù)以及預(yù)測(cè)預(yù)警及控制決策模型， 研發(fā)致霾關(guān)鍵污染物的源控制和過(guò)程控制技術(shù)，為控制灰霾污染提供科學(xué)可行的技術(shù)和政策解決方案?！?關(guān)鍵

3、詞 】 大氣復(fù)合污染， 灰霾， 細(xì)顆粒物， 致霾機(jī)制， 源解析， 數(shù)值模式， 控制技術(shù)DOI 10.3969/j.issn.1000-3045.2013.03.008文 / 賀 泓1 王新明2 王躍思3 王自發(fā)3 劉建國(guó)4 陳運(yùn)法51 中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心 北京 1000852 中國(guó)科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所 廣州 5106403 中國(guó)科學(xué)院大氣物理研究所 北京 1000294 中國(guó)科學(xué)院安徽光學(xué)精密機(jī)械研究所 合肥 2300315

4、 中國(guó)科學(xué)院過(guò)程工程研究所 北京 100190大氣灰霾追因與控制*1 引言： 控制大氣灰霾污染是建設(shè) “美麗中國(guó)” 的迫切需求隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和城市化進(jìn)程的加速， 我國(guó)大氣復(fù)合污染的態(tài)勢(shì)日益嚴(yán)峻。衛(wèi)星觀測(cè)結(jié)果表明， 我國(guó)約 30 %國(guó)土面積、 近 8 億人口正遭受灰霾的危害。尤其是京津冀、 長(zhǎng)三角和珠三角等區(qū)域面臨著嚴(yán)重的灰霾污染。其中， 北京、 上?；姻舶l(fā)生頻率大于 50%， 廣州、 深圳等地灰霾發(fā)生頻率也超過(guò) 30%[1, 2]。國(guó)務(wù)院

5、 《關(guān)于推進(jìn)大氣污染聯(lián)防聯(lián)控工作改善區(qū)域空氣質(zhì)量的指導(dǎo)意見(jiàn)》 中明確指出： “近年來(lái)， 我國(guó)一些地區(qū)酸雨、 灰霾和光化學(xué)煙霧等區(qū)域性大氣污染問(wèn)題日益突出， 嚴(yán)重威脅群眾健康， 影響環(huán)境安全。 ” 灰霾的危害包括： 影響公眾身心健康和環(huán)境安全； 降低大氣能見(jiàn)度， 影響區(qū)域氣候； 影響國(guó)家形象和環(huán)境外交等。因此， 如何保持經(jīng)濟(jì)快速穩(wěn)定發(fā)展的同時(shí)又能保障空氣質(zhì)量達(dá)標(biāo)， 已成為各級(jí)政府部門(mén)不可回避的問(wèn)題。解決大氣灰霾問(wèn)題的最佳途徑， 首先是對(duì)現(xiàn)

6、狀的認(rèn)2013年 . 第28卷 . 第3期大氣灰霾追因與控制Formation Mechanism and Control Strategies of Haze in China127 3462000 年對(duì) 《大氣污染防治法》 進(jìn)行了修正， 將機(jī)動(dòng)車(chē)船排放污染的防治納入法規(guī)管理的范圍， 并對(duì)機(jī)動(dòng)車(chē)的排放標(biāo)準(zhǔn)做出了多次加嚴(yán)調(diào)整。然而， 近年來(lái)我國(guó)大氣污染日益呈現(xiàn)出復(fù)合污染的態(tài)勢(shì)， 即由煤煙型污染與機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣污染及其他污染相疊加構(gòu)成。大氣中

7、由多種來(lái)源的多種污染物在一定的大氣條件下 （如溫度、 濕度、 陽(yáng)光等）發(fā)生多種界面間的相互作用、 彼此耦合構(gòu)成的復(fù)雜大氣復(fù)合污染體系。我國(guó)大氣復(fù)合污染的重要特征包括： （ 1 ） 大氣氧化性增強(qiáng)； （ 2 ） PM2.5濃度增加。而后者即是導(dǎo)致灰霾產(chǎn)生的本質(zhì)原因。1.2 我國(guó)大氣灰霾污染和研究現(xiàn)狀大氣灰霾是細(xì)顆粒物消光造成的大氣能見(jiàn)度下降的現(xiàn)象。大氣灰霾現(xiàn)象并不是我國(guó)所特有，但這一現(xiàn)象在我國(guó)和東南亞地區(qū)尤為嚴(yán)重。因此， 圍繞亞太地區(qū)的顆

8、粒物先后開(kāi)展了一系列大型觀測(cè)實(shí)驗(yàn)， 例如太平洋地區(qū)大氣化學(xué)與輸送研究計(jì)劃 （ TRACE-P 和 INTEX-B ） [11, 12]、 印度洋試驗(yàn)（ INDOEX ） [13]以及針對(duì)東亞和西太平洋的大型氣溶膠特性觀測(cè)實(shí)驗(yàn) （ ACE-Asia ） [14]。值得一提的是， 由諾貝爾獎(jiǎng)獲得者 Mario Molina 組織歐美 30多個(gè)國(guó)家 150 個(gè)科研院校超過(guò) 450 名專(zhuān)家對(duì)墨西哥城的霾問(wèn)題開(kāi)展了 MILAGRO 項(xiàng)目研究 [1

9、5, 16]。盡管如此， 由于歐美發(fā)達(dá)國(guó)家大氣污染問(wèn)題具有明顯的階段性， 而我國(guó)大氣污染物問(wèn)題屬于混合污染類(lèi)型， 因此發(fā)達(dá)國(guó)家在大氣污染治理過(guò)程中并未經(jīng)歷過(guò)我國(guó)所面臨的新老問(wèn)題集中爆發(fā)的狀況， 因此目前我們尚無(wú)直接的國(guó)際經(jīng)驗(yàn)可借鑒。近 10 年來(lái)， 中國(guó)許多大城市， 如北京、 上海、廣州、 深圳等地， 灰霾天數(shù)都超過(guò)全年的 1/3， 有的甚至超過(guò)一半?；姻参廴境霈F(xiàn)了發(fā)生頻率增加、成霾區(qū)域面積增大的特點(diǎn)。例如， 據(jù)中科院監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)， 2

10、013年1月京津冀地區(qū)發(fā)生了5次強(qiáng)霾污染過(guò)程[17]。其中， 北京城區(qū) PM2.5超過(guò)國(guó)家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn) （ 75μg/m3， 擬于 2016 年實(shí)施的環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)） 22 天， 超過(guò)國(guó)家一級(jí)標(biāo)準(zhǔn) （ 35μg/m3 ） 27 天。若按 WHO 規(guī)定的安全標(biāo)準(zhǔn) （ 10μg/m3 ） ， 幾乎全月都是超標(biāo)的。2013年1月29日的灰霾發(fā)生面積達(dá)到 130 萬(wàn) km2。這次持續(xù)的、 高強(qiáng)度的灰霾事件席卷了中國(guó)中東部、 東北及西南共計(jì) 10

11、個(gè)省市區(qū)，受害人口高達(dá) 8 億以上， 造成了極大的健康風(fēng)險(xiǎn)。WHO 在 2005 年版 《空氣質(zhì)量準(zhǔn)則》 中指出：當(dāng) PM2.5年均濃度達(dá)到 35μg/m3時(shí)， 人的死亡風(fēng)險(xiǎn)比10μg/m3的情形約增加15%[18]?；姻残纬墒苤朴趦蓚€(gè)因素。一是以水平靜風(fēng)和垂直逆溫為特征的不利氣象因素； 二是以懸浮細(xì)粒子濃度增加為特征的污染因素。氣象是外因， 具有不可控性； 污染是內(nèi)因， 與人為活動(dòng)密切相關(guān)， 是可控的。因此， 控制灰霾污染需要根據(jù)區(qū)域

12、氣候特征形成的環(huán)境容量和經(jīng)濟(jì)水平， 合理削減各種導(dǎo)致大氣細(xì)顆粒物的污染物排放， 最終降低大氣細(xì)顆粒物的濃度。然而， 大氣細(xì)顆粒物既有一次源， 如工業(yè)粉塵、 機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣、 道路揚(yáng)塵等，也有二次源， 即氣態(tài)污染物在大氣中經(jīng)過(guò)氣-粒轉(zhuǎn)化 （凝聚、 吸附、 反應(yīng)等） 生成細(xì)顆粒物， 并隨后吸濕增長(zhǎng)導(dǎo)致消光。研究認(rèn)為， 二次源是我國(guó)大氣細(xì)顆粒物的主要源[19]， 且前體污染物和細(xì)顆粒物濃度之間并不具有簡(jiǎn)單的線(xiàn)性關(guān)系。因此， 科學(xué)控制灰霾首先必須科

13、學(xué)認(rèn)識(shí)不同區(qū)域灰霾成因。目前， 學(xué)術(shù)界對(duì)我國(guó)及其周邊地區(qū)灰霾成因有一些初步的但尚存爭(zhēng)議的認(rèn)識(shí)。例如， 瑞典學(xué)者Gustafsson等基于同位素研究方法， 指出生物質(zhì)燃燒和化石燃料燃燒一次排放的碳質(zhì)氣溶膠是南亞灰霾形成的主要原因[20]。而我國(guó)科學(xué)家基于多年觀測(cè)研究認(rèn)為， 復(fù)雜的大氣復(fù)合污染和二次細(xì)顆粒物才是我國(guó)灰霾形成的主要原因[21-23]。此外，由于國(guó)內(nèi)外污染狀況存在較大差異， 使得灰霾研究和控制不能直接借鑒國(guó)外現(xiàn)有成果， 需要根據(jù)