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專家觀點(diǎn)｜朱彤：中國(guó)大氣復(fù)合污染研究新進(jìn)展舉例

來(lái)源：泰然健康網(wǎng) 時(shí)間：2024年12月03日 18:39

大氣復(fù)合污染是指多種污染物和多種污染類型疊加，通過(guò)多種物理和化學(xué)過(guò)程耦合構(gòu)成的大氣污染體系。多種來(lái)源的污染物進(jìn)入大氣后，通過(guò)大氣氧化性物種和細(xì)顆粒物表界面的大氣化學(xué)反應(yīng)促使污染物濃度升高，而大氣中污染物與天氣、氣候及大氣邊界層等多尺度過(guò)程互相作用，在區(qū)域間互相輸送轉(zhuǎn)化，給生態(tài)環(huán)境、氣候、人體健康帶來(lái)嚴(yán)重影響。在此背景下，國(guó)家自然科學(xué)基金委于2015年正式立項(xiàng)“中國(guó)大氣復(fù)合污染的成因與應(yīng)對(duì)機(jī)制基礎(chǔ)研究”重大研究計(jì)劃（以下簡(jiǎn)稱“大氣復(fù)合污染重大研究計(jì)劃”），旨在圍繞大氣復(fù)合污染形成的物理與化學(xué)過(guò)程與控制技術(shù)原理，建立大氣復(fù)合污染成因的理論體系，提出控制我國(guó)大氣復(fù)合污染的創(chuàng)新性思路等。目前該重大計(jì)劃已近尾聲，取得了大量研究成果，特別是以學(xué)科交叉基本建立起大氣復(fù)合污染成因理論體系，以系統(tǒng)分析提出多個(gè)中國(guó)大氣復(fù)合污染控制新思路，以多污染物協(xié)同控制、多目標(biāo)綜合治理構(gòu)成大氣污染治理的中國(guó)途徑。大氣復(fù)合污染重大研究計(jì)劃不僅為中國(guó)大氣污染治理提供了重要科學(xué)支撐，培養(yǎng)的人才隊(duì)伍也成為國(guó)際大氣化學(xué)主力軍之一。

大氣復(fù)合污染重大研究計(jì)劃取得了大量研究成果，以下僅為近幾年最新進(jìn)展舉例。

大氣復(fù)合污染成因復(fù)雜，大氣復(fù)合污染重大研究計(jì)劃資助的研究團(tuán)隊(duì)在排放清單研究方面取得諸多進(jìn)展，建立了迄今國(guó)際上最完整的中國(guó)大氣污染源清單，得到國(guó)際廣泛應(yīng)用，為國(guó)家制定大氣污染治理政策提供了科學(xué)依據(jù)。最新進(jìn)展舉例參見(jiàn)表1。

硫酸鹽和硝酸鹽是二次PM2.5生成的關(guān)鍵化學(xué)組分，對(duì)霧霾污染的形成發(fā)揮重要作用。厘清和深入研究?jī)烧叩纳蓹C(jī)制對(duì)于緩解PM2.5污染至關(guān)重要。對(duì)此，一系列研究得到以下新發(fā)現(xiàn)：

（1）在冬季低溫高濕環(huán)境下，氣溶膠表界面Mn快速催化氧化SO2并生成硫酸鹽，反應(yīng)速率常速比傳統(tǒng)液相反應(yīng)高出2-3個(gè)數(shù)量級(jí)。該機(jī)制對(duì)硫酸鹽生成的貢獻(xiàn)超過(guò)9成。

（2）NO2的液相反應(yīng)生成HONO（大氣亞硝酸），并進(jìn)一步氧化SO2生成硫酸鹽。

O3濃度升高導(dǎo)致N2O5生成量上升，氣溶膠含水率上升促進(jìn)N2O5水解，兩者共同提高了NOX轉(zhuǎn)化為硝酸鹽的效率。該機(jī)制闡明了2011-2019年，長(zhǎng)三角地區(qū)硝酸鹽占比不斷升高但NOX下降明顯的原因。

柴油車黑碳表面可以催化SO2光氧化反應(yīng)，并生成H2SO4分子，該反應(yīng)可能是城市大氣中新粒子和硫酸鹽氣溶膠的一個(gè)重要來(lái)源。此外，煙炱（即黑炭）顆粒物的碳核具有類還原的氧化石墨烯的微觀結(jié)構(gòu)（圖1），可見(jiàn)光照射下可產(chǎn)生ROS（Reactive Oxygen Species，活性氧物種），導(dǎo)致氧化潛勢(shì)和細(xì)胞毒性增強(qiáng)；碳核含量高的煙炱，表面有機(jī)物更易被氧化，具有更強(qiáng)的負(fù)面健康效應(yīng)。

除上述進(jìn)展外，還有多項(xiàng)大氣化學(xué)過(guò)程相關(guān)研究成果未逐一列出，如同位素示蹤揭示硫酸鹽和硝酸鹽氣溶膠來(lái)源、氣溶膠Fe可促進(jìn)草酸鹽的形成、氣溶膠含氮有機(jī)物的液相形成機(jī)制等。

空氣污染與氣象-天氣-氣候之間緊密相關(guān)。天氣狀況-氣象條件-氣候模式可影響大氣污染物的形成和轉(zhuǎn)化，大氣污染又進(jìn)一步影響氣象要素，通過(guò)影響熱平衡、降雨過(guò)程等方面對(duì)氣候變化產(chǎn)生影響。以下為最新進(jìn)展舉例（空氣污染與氣象-天氣-氣候方面的科學(xué)問(wèn)題覆蓋范圍廣泛，此處未將所有進(jìn)展逐一列出）。

氣溶膠輻射反饋可顯著增加近地面PM2.5濃度：重霾期間氣溶膠輻射效應(yīng)通過(guò)增強(qiáng)近地面穩(wěn)定性（溫度下降、濕度上升、風(fēng)速減小等），導(dǎo)致PM2.5濃度增加，且二次氣溶膠增幅大于一次氣溶膠。

氣溶膠-邊界層反饋與跨區(qū)域污染傳輸：結(jié)合外場(chǎng)觀測(cè)和數(shù)值模擬，發(fā)現(xiàn)垂直方向的氣溶膠-邊界層反饋可與水平方向的大尺度天氣過(guò)程相互作用，進(jìn)而增強(qiáng)區(qū)域間污染的積累、轉(zhuǎn)化和傳輸?；诖耍岢隽藴p緩這種區(qū)域尺度相互影響以實(shí)現(xiàn)科學(xué)、精準(zhǔn)治霾的新思路。

冬季風(fēng)影響京津冀和長(zhǎng)三角冬季PM2.5年際變化：16年、17年和COVID-19期間京津冀和長(zhǎng)三角站點(diǎn)的PM2.5呈明顯的“蹺蹺板”現(xiàn)象，東亞冬季風(fēng)活躍程度是導(dǎo)致京津冀和長(zhǎng)三角PM2.5年際變化的主要原因?；钴S的冬季風(fēng)有利于京津冀PM2.5向長(zhǎng)三角輸送，減少南北的PM2.5差異，不活躍的冬季風(fēng)則不利于區(qū)域輸送，增加南北PM2.5差異。

氣溶膠污染與氣候的相互作用：研究團(tuán)隊(duì)識(shí)別了影響中國(guó)北方PM2.5重污染的兩大氣候因子：東大西洋-西俄羅斯大氣遙相關(guān)、北太平洋維多利亞模態(tài)；發(fā)現(xiàn)COVID-19期間氣溶膠濃度降低增強(qiáng)了大氣對(duì)流和水汽輻合，可解釋2020年長(zhǎng)江流域降水增加量的1/3。

大氣復(fù)合污染研究在我國(guó)環(huán)境空氣治理策略制定方面發(fā)揮了重要指導(dǎo)作用，如散煤燃燒對(duì)區(qū)域空氣污染有重要影響、氨減排具有復(fù)雜的環(huán)境效應(yīng)等，研究成果為散煤治理與分區(qū)域氨減排策略的制定提供了科學(xué)支撐。

目前，我國(guó)大氣污染防治取得顯著成效，但持續(xù)改善空氣質(zhì)量仍面臨諸多挑戰(zhàn)。我國(guó)PM2.5濃度進(jìn)一步下降的難度較大，距離WHO推薦閾值（5μg/m3）仍有較大差距；O3濃度波動(dòng)上升，且呈區(qū)域蔓延趨勢(shì)。此外，在人為源排放的污染物降低的情況下氣候變暖也會(huì)加劇空氣污染（如森林野火造成的空氣污染、近地面臭氧污染加劇生成等，進(jìn)一步影響人體健康），相關(guān)基礎(chǔ)科學(xué)問(wèn)題的解決是我們未來(lái)生態(tài)環(huán)境研究工作所面臨的挑戰(zhàn)和關(guān)注的重點(diǎn)。展望未來(lái)，“雙碳”目標(biāo)將是持續(xù)改善我國(guó)空氣質(zhì)量的重要驅(qū)動(dòng)力，探索氣候、環(huán)境和健康效益最優(yōu)的協(xié)同治理路徑至關(guān)重要。

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專家簡(jiǎn)介

朱彤中國(guó)科學(xué)院院士、北京大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院教授

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