北京霧霾形成機制

　北京大學環(huán)境科學與工程學院胡敏教授課題組與美國德州A&M大學張人一教授合作研究揭示北京霾形成的機制。研究顯示，與直接排放至大氣中一次顆粒物相比城區(qū)交通等排放的大量揮發(fā)性有機物(VOCs)、氮氧化物(NOx)和周邊工業(yè)生產(chǎn)排放的大量二氧化硫(SO2)經(jīng)化學轉(zhuǎn)化生成的二次顆粒物對北京霾的貢獻更大，有針對性的控制上述三類氣態(tài)污染物是治理北京霾的關鍵。

　　該成果基于北京大學環(huán)境模擬與污染控制國家重點實驗室在校園內(nèi)長期運行“城市大氣環(huán)境定位觀測站”觀測研究，由大氣化學研究團隊胡敏教授、邵敏教授、曾立民教授、美國德州A&M大學張人一教授和聯(lián)合博士后郭松等人合作完成。同時獲得國家自然科學基金和科技部973項目資金支持。成果于11月24日發(fā)表在美國著名科學期刊《美國科學院院報》(PNAS)上。

　　霾主要是由于空氣中高濃度的細顆粒物(PM2.5)對太陽光的消光作用導致的能見度下降的現(xiàn)象。該項研究分析了北京初秋典型霾污染過程，霾發(fā)生時表現(xiàn)出以高臭氧和高PM2.5為特征的大氣復合污染特征。北京的霾從形成到結(jié)束一般以4至7天為周期，而且從藍天白云的清潔天到嚴重的霾天只需要幾天時間。每個周期都包括兩個重要的化學轉(zhuǎn)化過程：在清潔天，主要是氣態(tài)污染物生成納米顆粒物的過程，也稱為顆粒物的核化過程，這個過程中產(chǎn)生了大量的納米級粒子;在隨后幾天，是顆粒物持續(xù)快速的增長過程，使得在清潔階段“種植”的種子得以長大到亞微米大小，這樣大小的顆粒物對太陽光的消光作用明顯，因此導致能見度的降低從而形成霾。北京PM2.5質(zhì)量濃度的增長非常迅速，在清潔天每立方米大氣中的顆粒物總重量不足50微克，但在2至4天后的污染階段會增至數(shù)百微克。

　　清潔天與PM2.5質(zhì)量濃度迅速升高，導致能見度下降，形成霾對比

　　研究從機理上解釋了北京的霾比世界上其它地區(qū)形成更迅速且更嚴重的原因。北京大氣顆粒物化學組成與世界上其它地區(qū)非常相似，都主要是硫酸鹽、硝酸鹽、銨鹽和二次有機物等二次顆粒物，表現(xiàn)出明顯的二次形成特征，并無特殊之處。但是，在我國大氣復合污染條件下，強氧化性和高濃度的氣態(tài)污染物使得顆粒物具有更強的核化能力和持續(xù)快速增長的能力。成核過程在世界上許多地區(qū)也會發(fā)生，但北京成核的潛力遠高于其它地區(qū)，只要是清潔天都會發(fā)生;更為獨特的是顆粒物的持續(xù)快速增長過程，同時具有這兩個方面就使得北京的霾更加嚴重。相比之下，國外發(fā)達國家城市中氣態(tài)污染物濃度較低，大氣氧化性也沒有北京強，因此很難同時出現(xiàn)顆粒物有效的核化及持續(xù)快速增長