氣態污染物的協同轉化促進霾污染的發展

2013年1月12日北京觀測站點(a)新粒子的爆發增長和(b)化學成分譜

　　最近的一項研究提示，氣態污染物(SO2和NOx)向顆粒態的協同轉化是2013年1月北京地區霾污染生消過程的關鍵內部促發因子，為北京大氣霾污染協同減排措施的制定提供了重要線索。

　　這篇名為“2013年元月我國中東部地區強霾污染成因分析研究”的研究論文發表于《中國科學：地球科學》2014 年第1期，對本次強霾污染形成的天氣過程、環流條件和區域氣象進行了系統分析;同時結合京津冀地區重點城市(北京)細顆粒物化學組分在線觀測結果，對本次重霾污染的特點和化學協同轉化過程進行了分析和探討，由中國科學院大氣物理研究所王躍思研究員和劉子銳博士擔任通訊作者撰寫。

　　我國的大氣污染已經從上世紀80年代的點源污染發展到本世紀初的城市(群)區域大氣復合污染。復合污染中同時存在高濃度的一次排放和二次轉化的氣態及顆粒態污染物，這為細顆粒表面非均相物理變化和化學反應提供了充足的物質條件和反應界面;氣態污染物在細顆粒表面的非均相過程改變了大氣氧化性及顆粒物的化學組分、物理性質和光學特性，從而對大氣復合污染和霾的形成起到了極大的促進作用。探索氣態污染物的二次轉化過程和機理十分必要。

　　該研究的創新之處在于分析了氣態污染物(SO2和NOx)向顆粒態的協同轉化機理，發現大氣中NOx的大量存在能夠極大地促進SO2向硫酸鹽的轉化，而硫酸鹽正是PM2.5的重要組成。研究結果表明，這種協同反應主要在含碳顆粒物表面通過非均相反應進行，隨著粒徑的增長，顆粒物中的二次無機鹽(主要是硫酸鹽和硝酸鹽)的比例逐漸增大(如圖1)，使得其吸濕性成倍增加，從而使得顆粒物在大氣中更容易吸收水分而增長。顆粒物含水量的增加可進一步促進SO2和NOx等在顆粒物表面的氣-液-固反應，以上協同循環反應過程可不斷促進一次排放的氣態污染物向二次氣溶膠的轉化。因此，降低大氣中PM2.5濃度，首先是減少一次源直接排放，更重要的是要大力消減氣態反應物及前體物，減少二次氣溶膠的生成。目前我國中東部地區，協同控制SO2和NOx的排放，才有可能顯著消減大氣PM2.5濃度。