关于大气灰霾的研究

关于大气灰霾的研究

冯西起

东莞市环境监测中心站

大气灰霾如何产生以及如何控制，不仅是大气科学研究面临的前沿课题，也是我国政府和公众迫切需要解决的重大环境污染问题。中科院开展的“大气灰霾追因与控制”专项将以大气细颗粒物（PM2.5）的生成、演化和控制为核心科学问题，发展具有我国自主知识产权的大气灰霾监测技术以及预测预警及控制决策模型，研发致霾关键污染物的源控制和过程控制技术，为控制灰霾污染提供科学可行的技术和政策解决方案。

关键字：灰霾；现状；研究

近年来，我国一些地区酸雨、灰霾和光化学烟雾等区域性大气污染问题日益突出，严重威胁群众健康，影响环境安全。灰霾的危害包括：影响公众身心健康和环境安全；降低大气能见度，影响区域气候；影响国家形象和环境外交等。因此，如何保持经济快速稳定发展的同时又能保障空气质量达标，已成为各级政府部门不可回避的问题。解决大气灰霾问题的最佳途径，首先是对现状的认知、评估和趋势预测，第二步是确定污染源头和权重，第三步是整体规划污染物减排目标，循序渐进、分步实施，最终使空气质量全面达标。因此，为了保持经济发展、保障环境质量、提高政府公信力及稳定和谐社会，必须在科学、技术及相应的对策方面对灰霾问题进行深入的综合研究。

一、我国大气灰霾污染和研究现状

大气灰霾是细颗粒物消光造成的大气能见度下降的现象。大气灰霾现象并不是我国所特有，但这一现象在我国和东南亚地区尤为严重。因此，围绕亚太地区的颗粒物先后开展了一系列大型观测实验，例如太平洋地区大气化学与输送研究计划（TRACE-P和INTEX-B）、印度洋试验（INDOEX）以及针对东亚和西太平洋的大型气溶胶特性观测实验（ACE-Asia）。值得一提的是，由诺贝尔奖获得者MarioMolina组织欧美30多个国家150个科研院校超过450名专家对墨西哥城的霾问题开展了MILAGRO项目研究。尽管如此，由于欧美发达国家大气污染问题具有明显的阶段性，而我国大气污染物问题属于混合污染类型，因此发达国家在大气污染治理过程中并未经历过我国所面临的新老问题集中爆发的状况，因此目前我们尚无直接的国际经验可借鉴。近10年来，中国许多大城市，如北京、上海、广州、深圳等地，灰霾天数都超过全年的1/3，有的甚至超过一半。灰霾污染出现了发生频率增加、成霾区域面积增大的特点。例如，据中科院监测数据统计，2013年1月京津冀地区发生了5次强霾污染过程。其中，北京城区PM2.5超过国家二级标准（75μg/m3，拟于2016年实施的环境空气质量标准）22天，超过国家一级标准（35μg/m3）27天。若按WHO规定的安全标准（10μg/m3），几乎全月都是超标的。2013年1月29日的灰霾发生面积达到130万km2。这次持续的、高强度的灰霾事件席卷了中国中东部、东北及西南共计10个省市区，受害人口高达8亿以上，造成了极大的健康风险。WHO在2005年版《空气质量准则》中指出：当PM2.5年均浓度达到35μg/m3时，人的死亡风险比10μg/m3的情形约增加15%。灰霾形成受制于两个因素。一是以水平静风和垂直逆温为特征的不利气象因素；二是以悬浮细粒子浓度增加为特征的污染因素。气象是外因，具有不可控性；污染是内因，与人为活动密切相关，是可控的。因此，控制灰霾污染需要根据区域气候特征形成的环境容量和经济水平，合理削减各种导致大气细颗粒物的污染物排放，最终降低大气细颗粒物的浓度。然而，大气细颗粒物既有一次源，如工业粉尘、机动车尾气、道路扬尘等，也有二次源，即气态污染物在大气中经过气-粒转化（凝聚、吸附、反应等）生成细颗粒物，并随后吸湿增长导致消光。研究认为，二次源是我国大气细颗粒物的主要源，且前体污染物和细颗粒物浓度之间并不具有简单的线性关系。因此，科学控制灰霾首先必须科学认识不同区域灰霾成因。目前，学术界对我国及其周边地区灰霾成因有一些初步的但尚存争议的认识。例如，瑞典学者Gustafsson等基于同位素研究方法，指出生物质燃烧和化石燃料燃烧一次排放的碳质气溶胶是南亚灰霾形成的主要原因。而我国科学家基于多年观测研究认为，复杂的大气复合污染和二次细颗粒物才是我国灰霾形成的主要原因。此外，由于国内外污染状况存在较大差异，使得灰霾研究和控制不能直接借鉴国外现有成果，需要根据我国的污染状况和不同区域的经济水平制定灰霾的不同控制策略。目前国内对灰霾的研究还未成系统，现阶段的研究尚不能回答以下基本问题。即，典型区域灰霾形成关键前体污染物是什么？关键污染物源权重如何？如何科学有效控制？具体表现为：

（1）致霾颗粒物中各组分的时空分布特征不明晰。一些研究机构已在全国不同地区开展了颗粒物的分析。但是，目前仍缺乏对细颗粒物的粒径、组成和浓度的时空分布特性的长期系统监测，尚未获得灰霾天气下致霾颗粒物分布的一般规律；

（2）生成致霾细颗粒物的关键前体污染物和关键化学机制不清楚。对于复合污染，究竟何种污染物是该区域灰霾形成的主控因子，还不明确。国外在相对清洁大气条件下获得的大气化学机制，与我国高颗粒物浓度和高气态污染物浓度条件下的化学机制的差异还亟待研究。我国不同区域，因排放模式和污染水平的差异，灰霾形成关键污染物和化学机制是否存在差异还不清楚；

（3）致霾细颗粒物中各组分的物理化学性质及其耦合效应不确定。虽然已定性认识到细颗粒物的粒径、组成、混合状态等对其消光性质有显著影响，但现有研究尚未建立这些参数间的定量关系；

（4）前体污染物传输对灰霾形成的贡献缺乏研究。虽然灰霾更容易在静风状态下形成，更多的是局域污染物的贡献，但是发生灰霾前以及灰霾发生期间污染物的传输对灰霾形成和演化的贡献尚不清楚。同时，灰霾发生后的扩散对其他区域空气质量的影响也缺乏评估；

（5）致霾细颗粒物的来源不明确、源权重不清楚。基于外场观测的源解析结果存在较大的不确定性，其原因主要在于我国排放源清单还存在较大的不确定性和强烈的动态变化；

（6）不同区域控制方案不明确。由于对生成致霾细颗粒物的关键前体污染物和关键化学机制不清楚，模式研究结果和观测数据差异较大，不同区域污染物的控制方案无法确定，对灰霾的控制效果不显著。

二、大气灰霾控制亟需科技提供支撑

准确全面掌握大气灰霾污染特征，认其形成和演变规律是制定我国灰霾污染防治措施的基础。先进的灰霾监测与模拟研究方法和平台建设则是我国灰霾研究和控制工作开展的前提。因此，灰霾研究需要实现大气灰霾监测和外场观测技术与设备的国产化；建立一定数量的小型、中型和大型的烟雾箱系统，针对我国复杂的大气复合污染进行系统研究，为适合我国大气污染条件的数值模式的开发和验证提供科学依据；研发适合我国大气污染状况的数值模型，用于评估灰霾成因、进行预报预警，完善灰霾观测与研究的平台。另一方面，研究灰霾的目的在于减少或消除灰霾。在技术上，要研发灰霾重要污染物的控制材料和减排技术，完成示范工程，引领灰霾重点污染物控制技术发展，为灰霾控制提供可靠的技术保障；在控制策略方面，通过大气灰霾协同控制方案设计技术研究，促进灰霾基础性研究向污染控制及决策方案制定方向推进，为环境管理部门有针对性地制定体现多污染物协同控制和区域联防联控的区域灰霾综合控制途径提供科学决策方案，并为区域环境规划、环境立法提供强有力的理论依据。在对灰霾研究的基础上，系统地了解我国大气环境现状，全面评估对目前主要致霾污染物控制技术、管理技术、规划技术，开发区域灰霾控制综合优化决策平台，并以此为基础构建未来我国大气环境污染控制研究的技术路线图和方案，为我国大气污染防治的中长期战略提供先导性研究规划和前期技术支撑基础。

结语：我国应将防治大气污染纳入国民经济和社会发展规划：合理规划能源结构，大力实施节能减排，稳妥推进新能源利用，逐步减少煤炭、石油等传统能源的使用；合理规划产业布局，促进产业升级，淘汰落后产能，发展环保产业，转变经济增长方式，真正实现可持续发展。

参考文献：

[1]张新民，柴发合，王淑兰等.中国酸雨研究现状.环境科学研究，2010，23（5）：527-532.

[2]郝吉明，马广大.大气污染控制工程.北京：高等教育出版社（第二版），2002.