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* 基金項目： 中科院戰(zhàn)略性先導科技專項 （ 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， 不僅是大氣科學研究面臨的前沿課題， 也是我國政府和公眾迫切需要解決的重大環(huán)境污染問題。中科院開展的 “大

2、氣灰霾追因與控制” 專項將以大氣細顆粒物 （ PM2.5 ） 的生成、 演化和控制為核心科學問題， 以京津冀、 長三角、 珠三角為研究區(qū)域， 通過可控實驗、 外場觀測和數(shù)值模擬確定致霾污染物的組成及來源， 闡明區(qū)域灰霾形成的關鍵物理化學機制， 識別關鍵污染物和污染源， 發(fā)展具有我國自主知識產(chǎn)權的大氣灰霾監(jiān)測技術以及預測預警及控制決策模型， 研發(fā)致霾關鍵污染物的源控制和過程控制技術，為控制灰霾污染提供科學可行的技術和政策解決方案?！?關鍵

3、詞 】 大氣復合污染， 灰霾， 細顆粒物， 致霾機制， 源解析， 數(shù)值模式， 控制技術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4 陳運法51 中國科學院生態(tài)環(huán)境研究中心 北京 1000852 中國科學院廣州地球化學研究所 廣州 5106403 中國科學院大氣物理研究所 北京 1000294 中國科學院安徽光學精密機械研究所 合肥 2300315

4、 中國科學院過程工程研究所 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 “美麗中國” 的迫切需求隨著經(jīng)濟發(fā)展和城市化進程的加速， 我國大氣復合污染的態(tài)勢日益嚴峻。衛(wèi)星觀測結(jié)果表明， 我國約 30 %國土面積、 近 8 億人口正遭受灰霾的危害。尤其是京津冀、 長三角和珠三角等區(qū)域面臨著嚴重的灰霾污染。其中， 北京、 上海灰霾發(fā)生頻率大于 50%， 廣州、 深圳等地灰霾發(fā)生頻率也超過 30%[1, 2]。國務院

5、 《關于推進大氣污染聯(lián)防聯(lián)控工作改善區(qū)域空氣質(zhì)量的指導意見》 中明確指出： “近年來， 我國一些地區(qū)酸雨、 灰霾和光化學煙霧等區(qū)域性大氣污染問題日益突出， 嚴重威脅群眾健康， 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； 降低大氣能見度， 影響區(qū)域氣候； 影響國家形象和環(huán)境外交等。因此， 如何保持經(jīng)濟快速穩(wěn)定發(fā)展的同時又能保障空氣質(zhì)量達標， 已成為各級政府部門不可回避的問題。解決大氣灰霾問題的最佳途徑， 首先是對現(xiàn)

6、狀的認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 《大氣污染防治法》 進行了修正， 將機動車船排放污染的防治納入法規(guī)管理的范圍， 并對機動車的排放標準做出了多次加嚴調(diào)整。然而， 近年來我國大氣污染日益呈現(xiàn)出復合污染的態(tài)勢， 即由煤煙型污染與機動車尾氣污染及其他污染相疊加構(gòu)成。大氣中

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

8、粒物先后開展了一系列大型觀測實驗， 例如太平洋地區(qū)大氣化學與輸送研究計劃 （ TRACE-P 和 INTEX-B ） [11, 12]、 印度洋試驗（ INDOEX ） [13]以及針對東亞和西太平洋的大型氣溶膠特性觀測實驗 （ ACE-Asia ） [14]。值得一提的是， 由諾貝爾獎獲得者 Mario Molina 組織歐美 30多個國家 150 個科研院校超過 450 名專家對墨西哥城的霾問題開展了 MILAGRO 項目研究 [1

9、5, 16]。盡管如此， 由于歐美發(fā)達國家大氣污染問題具有明顯的階段性， 而我國大氣污染物問題屬于混合污染類型， 因此發(fā)達國家在大氣污染治理過程中并未經(jīng)歷過我國所面臨的新老問題集中爆發(fā)的狀況， 因此目前我們尚無直接的國際經(jīng)驗可借鑒。近 10 年來， 中國許多大城市， 如北京、 上海、廣州、 深圳等地， 灰霾天數(shù)都超過全年的 1/3， 有的甚至超過一半?；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。例如， 據(jù)中科院監(jiān)測數(shù)據(jù)統(tǒng)計， 2

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

11、個省市區(qū)，受害人口高達 8 億以上， 造成了極大的健康風險。WHO 在 2005 年版 《空氣質(zhì)量準則》 中指出：當 PM2.5年均濃度達到 35μg/m3時， 人的死亡風險比10μg/m3的情形約增加15%[18]?；姻残纬墒苤朴趦蓚€因素。一是以水平靜風和垂直逆溫為特征的不利氣象因素； 二是以懸浮細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， 與人為活動密切相關， 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)濟水平， 合理削減各種導致大氣細顆粒物的污染物排放， 最終降低大氣細顆粒物的濃度。然而， 大氣細顆粒物既有一次源， 如工業(yè)粉塵、 機動車尾氣、 道路揚塵等，也有二次源， 即氣態(tài)污染物在大氣中經(jīng)過氣-粒轉(zhuǎn)化 （凝聚、 吸附、 反應等） 生成細顆粒物， 并隨后吸濕增長導致消光。研究認為， 二次源是我國大氣細顆粒物的主要源[19]， 且前體污染物和細顆粒物濃度之間并不具有簡單的線性關系。因此， 科學控制灰霾首先必須科

13、學認識不同區(qū)域灰霾成因。目前， 學術界對我國及其周邊地區(qū)灰霾成因有一些初步的但尚存爭議的認識。例如， 瑞典學者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]。而我國科學家基于多年觀測研究認為， 復雜的大氣復合污染和二次細顆粒物才是我國灰霾形成的主要原因[21-23]。此外，由于國內(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外現(xiàn)有成果， 需要根據(jù)