气态污染物的协同转化促进霾污染的发展

2014-3-14 14:06 来源: EurekAlert!中文
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2013年1月12日北京观测站点(a)新粒子的爆发增长和(b)化学成分谱

  最近的一项研究提示,气态污染物(SO2和NOx)向颗粒态的协同转化是2013年1月北京地区霾污染生消过程的关键内部促发因子,为北京大气霾污染协同减排措施的制定提供了重要线索。

  这篇名为“2013年元月我国中东部地区强霾污染成因分析研究”的研究论文发表于《中国科学:地球科学》2014 年第1期,对本次强霾污染形成的天气过程、环流条件和区域气象进行了系统分析;同时结合京津冀地区重点城市(北京)细颗粒物化学组分在线观测结果,对本次重霾污染的特点和化学协同转化过程进行了分析和探讨,由中国科学院大气物理研究所王跃思研究员和刘子锐博士担任通讯作者撰写。

  我国的大气污染已经从上世纪80年代的点源污染发展到本世纪初的城市(群)区域大气复合污染。复合污染中同时存在高浓度的一次排放和二次转化的气态及颗粒态污染物,这为细颗粒表面非均相物理变化和化学反应提供了充足的物质条件和反应界面;气态污染物在细颗粒表面的非均相过程改变了大气氧化性及颗粒物的化学组分、物理性质和光学特性,从而对大气复合污染和霾的形成起到了极大的促进作用。探索气态污染物的二次转化过程和机理十分必要。

  该研究的创新之处在于分析了气态污染物(SO2和NOx)向颗粒态的协同转化机理,发现大气中NOx的大量存在能够极大地促进SO2向硫酸盐的转化,而硫酸盐正是PM2.5的重要组成。研究结果表明,这种协同反应主要在含碳颗粒物表面通过非均相反应进行,随着粒径的增长,颗粒物中的二次无机盐(主要是硫酸盐和硝酸盐)的比例逐渐增大(如图1),使得其吸湿性成倍增加,从而使得颗粒物在大气中更容易吸收水分而增长。颗粒物含水量的增加可进一步促进SO2和NOx等在颗粒物表面的气-液-固反应,以上协同循环反应过程可不断促进一次排放的气态污染物向二次气溶胶的转化。因此,降低大气中PM2.5浓度,首先是减少一次源直接排放,更重要的是要大力消减气态反应物及前体物,减少二次气溶胶的生成。目前我国中东部地区,协同控制SO2和NOx的排放,才有可能显著消减大气PM2.5浓度。