揭開迷“霧”中的重重秘密——國家自然科學獎獲獎項目解析我國空氣中細顆粒物形成機制及影響

近期，我國出現(xiàn)大范圍霧霾天氣，從京津冀地區(qū)到長三角地區(qū)，甚至再到珠三角地區(qū)，PM2.5都嚴重超標，一些地區(qū)PM2.5的最高測試值甚至達到每立方米1000微克，遠遠高于世界衛(wèi)生組織所規(guī)定的細顆粒物指標。究竟是什么造成了霧霾漫天，復旦大學莊國順教授科研團隊花費10年時間，闡明了我國各類氣溶膠的時空分布、化學組成及其形成和轉(zhuǎn)化機制。1月18日，“中國大氣污染物氣溶膠的形成機制及其對城市空氣質(zhì)量的影響”項目獲得2012年度國家自然科學獎二等獎。

高空的霾“造霧”能力更強

從科學意義上來說，所謂霧是指百分之百的水蒸氣凝結(jié)成水滴。但是水蒸氣成霧需要相對濕度達到400%，這種情況下，很難形成全國范圍內(nèi)鋪天蓋地的濃霧，因為沒有那么多的水蒸氣。但是細顆粒物卻可以在較少的水汽中“大展宏圖”。莊國順介紹說，大氣中的相對濕度甚至不需要達到100%，細顆粒物就能“造霧”。而發(fā)生在高空的霾，“造霧”能力更強，細顆粒物在吸水的時候，能夠繼續(xù)膨脹。“比如相對濕度從90%到92%，細顆粒物體積也許能夠膨脹到8倍以上?！比绻髿猱斨羞€有大量人為硫酸鹽、銨鹽、硝酸銨、有機酸鹽等，就更容易使大氣中的細顆粒物膨脹，從而導致灰蒙蒙的一片天空。

細顆粒物并非從來就有，比如說地上掃起來的揚塵、沙塵、海浪吹出來的海鹽、森林大火產(chǎn)生的大量黑碳。過去幾千萬年來形成的天然氣溶膠一直在變化，但是始終處于一種平衡的狀態(tài)。但現(xiàn)在增加的是人為活動產(chǎn)生的顆粒物，包括工廠的排放和交通的排放。

莊國順介紹說，我國是世界PM2.5污染最為嚴重的地區(qū)之一。城市空氣質(zhì)量面臨嚴重挑戰(zhàn)，二次氣溶膠、生物質(zhì)燃燒和沙塵成為我國城市大氣污染和灰霾形成的三大成因，其中二次氣溶膠中包含著大量的硫酸鹽、硝酸鹽和有機氣溶膠。

細顆粒物可長途“奔襲”

這些硫酸鹽、硝酸鹽和有機氣溶膠如何造成全國范圍內(nèi)的霧霾天氣？莊國順科研團隊對細顆粒物的運動軌跡進行了長期跟蹤調(diào)查，他們發(fā)現(xiàn)細顆粒物是可以長途奔襲的。10年來，科研團隊在我國的典型地區(qū)和亞洲沙塵傳輸途徑上設置了多個采樣點，從西部的新疆一直到東海，每個季度進行采樣，共采集了近2萬個氣溶膠樣品，并進行全面實驗分析，最終揭示了我國嚴重灰霾尤其是高濃度細顆粒物PM2.5的來源和形成機制。

眾所周知，我國有三大沙塵源區(qū)，分別是新疆的塔克拉瑪干沙漠、黃土高原，以及位于被蒙古的戈壁。這些沙塵在傳輸途中與污染物作用導致了碳酸鹽向硫酸鹽的轉(zhuǎn)化。正是它們之間相互作用形成的復合污染氣溶膠對我國大氣環(huán)境造成重大影響，比如上海細顆粒物PM2.5表面pH值僅為2.81，比非沙塵期間降低2個單位，表面酸度增加了100倍。

而大面積的有機氣溶膠、硫酸鹽、硝酸鹽和黑碳是能見度降低的直接影響因子?？蒲袌F隊進行了氣溶膠主要組分對光的衰減比例研究，發(fā)現(xiàn)有機氣溶膠（一部分是致癌物質(zhì)）對光的吸收強度最大，衰減率可達47%。

機動車排放是霧霾形成主要原因

近年來，我國在節(jié)能減排上采取了一系列措施，全國范圍內(nèi)電廠的脫硫脫銷工作都全方位地推進，可是為什么大氣環(huán)境卻沒有轉(zhuǎn)好？科研團隊研究成果顯示，大量的機動車尾氣排放是空氣中細顆粒物大大增加的首要原因，也是霧霾形成的主要因素。莊國順介紹說，目前上海機動車數(shù)量估計在500萬輛左右，北京更是達到了600萬輛，中小城市也正上演著堵車大片。機動車排放所占的比重已經(jīng)跟工廠排放接近。汽車產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，以及對排放標準的有法不依，已經(jīng)嚴重傷害到了中國的大氣環(huán)境。

大量的細顆粒物對人體的危害是非常嚴重的，首當其中的是肺癌發(fā)生率會大大提高。莊國順團隊的工作還在繼續(xù)。他告訴記者，很多氣溶膠上有附著病毒、細菌，對公共衛(wèi)生也會有很大影響，2003年的非典疫情就與此有密切關(guān)聯(lián)。他們未來研究方向?qū)Υ诉M行全方位研究。