研究揭示北京霧霾中硫酸鹽生成機制 建議加大氮氧化物減排

新華社華盛頓12月21日電，中德兩國研究人員21日説，他們破解了北京及華北地區霧霾最主要組分硫酸鹽的形成之謎，發現在大氣細顆粒物吸附的水分中二氧化氮與二氧化硫的化學反應是當前霧霾期間硫酸鹽的主要生成路徑。這一發現凸顯在繼續實施減排措施的同時，優先加大氮氧化物減排力度對緩解空氣污染問題的重要性。

霧霾資料圖

近年來，北京及華北地區霧霾頻發。已有研究表明，硫酸鹽是重污染形成的主要驅動因素。在絕對貢獻上，重污染期間硫酸鹽在大氣細顆粒物PM2.5中的質量佔比可達20％，是佔比最高的單體；在相對趨勢上，隨着PM2.5污染程度上升，硫酸鹽是PM2.5中相對比重上升最快的成分。因此，硫酸鹽的來源研究是解釋霧霾形成的關鍵科學問題。

清華大學賀克斌院士、張強教授、鄭光潔博士和德國馬克斯·普朗克化學研究所的程雅芳教授、烏爾裏希·珀施爾教授、蘇杭教授等人當天在新一期美國《科學進展》雜誌上報告説，他們運用外場觀測、模型模擬及理論計算等手段發現，在北京及華北地區霧霾期間，硫酸鹽主要是由二氧化硫和二氧化氮溶於空氣中的“顆粒物結合水”，在中國北方地區特有的偏中性環境下迅速反應生成。顆粒物結合水是指PM2.5在相對濕度較高的環境下潮解所吸附的水分。

該結論與通常認為的硫酸鹽形成機制有較大不同。現有基於歐美等地區的經典大氣化學理論認為，硫酸鹽主要是在雲水環境中形成，由於雲中的液態水含量遠高於顆粒物結合水，通常高出1000到10萬倍，所以與雲水中的硫酸鹽生成反應相比，顆粒物結合水中的反應可以忽略；理論計算還顯示，在雲水反應路徑中，二氧化氮氧化二氧化硫生成硫酸鹽這一路徑的貢獻也可忽略不計。

而在北京及華北地區霧霾期間，一方面，由於顆粒物濃度大幅上升及靜穩氣象條件下相對濕度較高等原因，顆粒物結合水含量遠高於經典情景，顆粒物結合水中的反應總量大大提升；另一方面，重度霧霾期間二氧化氮濃度為經典雲水情景下的50倍以上，這直接改變了二氧化氮氧化路徑的相對重要性。此外，北京及華北地區大量存在的氨、礦物粉塵等鹼性物質使得當地顆粒物結合水的pH值遠高於美國等地，呈現出特有的偏中性環境，而二氧化氮氧化機制的反應速率會隨pH值上升而大幅提高。

研究人員據此在論文中指出，優先降低氮氧化物的排放可能有助大幅降低中國霧霾中的硫酸鹽污染水平。

“該研究表明我國複合型污染的特殊性，”賀克斌院士對新華社記者説，“高二氧化硫主要來自燃煤電廠，高二氧化氮主要來自電廠和機動車等，而起到中和作用的鹼性物質氨、礦物粉塵等則來自農業、工業污染、揚塵等其他來源。這些不同的污染源在我國同時以高強度排放，導致硫酸鹽以特有的化學生成路徑迅速生成，這也是重度霧霾期間顆粒物濃度迅速增長的主要原因之一。”

倫敦酸霧通常被認為是由燃煤排放的煙塵以及二氧化硫等一次污染物所致。洛杉磯霧霾則是一種光化學污染，主要原因是機動車尾氣在陽光作用下反應生成了二次污染物。而中國霧霾是一次與二次污染物混合造成。

賀克斌説，這種複合型污染的特殊性更加表明了多污染物協同減排的重要性，尤其是現階段應優先加大氮氧化物減排力度。“之前我們雖然知道需要減排，但是如果無法弄清重霾污染形成的關鍵化學機制，就無法進行有效的模型定量模擬分析，也就無法準確評估如何減排最有效、最科學。不科學減排可能導致嚴重後果，可能花了很多人力物力，但收效甚微。”

（原題為《研究揭示北京霧霾中硫酸鹽生成機制 建議加大氮氧化物減排》）