研究破解霧霾形成之謎,硫酸鹽是霧霾的主要成分

2024-07-08 18:47:54 2

導語：北京和華北地區是中國霧霾很嚴重的城市，霧霾顧名思義就是霧和霾的結合，據有關資料顯示在世界上受霧霾最嚴重的十個城市其中就有七個在中國，霧霾多出現在冬秋季。其中霧霾的主要成分是硫酸鹽，但是硫酸鹽到底是如何形成的至今未解。接下來就由探秘志小編為大家揭秘研究破解霧霾形成之謎吧!

研究破解霧霾形成之謎

霧霾常在城市可見，霧霾在中國不少地區被作為災害性天氣現象進行預警預報。霧霾是特定氣候條件與人類活動相互作用的結果。高密度人口的經濟及社會活動必然會排放大量細顆粒物，近年來，北京及華北地區霧霾頻發。據了解，目前已有研究表明，硫酸鹽是重汙染形成的主要驅動因素。在絕對貢獻上，重汙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，隨著PM2.5汙染程度上升，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。

中德兩國研究人員21日說，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汙染問題的重要性。

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、烏爾裡希·珀施爾教授、蘇杭教授等人當天在新一期美國《科學進展》雜誌上報告說，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」，是當前霧霾期間硫酸鹽的主要生成路徑。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在相對溼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溼度較高等原因，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汙染水平。

「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、工業汙染、揚塵等其他來源。這些不同的汙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。」賀克斌院士稱。該研究結果為今後科學減排、合理安排減排措施提供了有力支持。

什麼是霧霾?

霧霾，顧名思義是霧和霾。但是霧和霾的區別很大。空氣中的灰塵、硫酸、硝酸等顆粒物組成的氣溶膠系統造成視覺障礙的叫霾。霾就是灰霾。霧是由大量懸浮在近地面空氣中的微小水滴或冰晶組成的氣溶膠系統。多出現於秋冬季節，是近地面層空氣中水汽凝結的產物。霧的存在會降低空氣透明度，使能見度惡化，如果目標物的水平能見度降低到1000米以內，就將懸浮在近地面空氣中的水汽凝結物的天氣現象稱為霧。

霾，也稱灰霾空氣中的灰塵、硫酸、硝酸、有機碳氫化合物等粒子也能使大氣混濁。將目標物的水平能見度在1000～10000米的這種現象稱為輕霧或靄。形成霧時大氣溼度應該是飽和的(如有大量凝結核存在時，相對溼度不一定達到100%就可能出現飽和。由於液態水或冰晶組成的霧散射的光與波長關係不大，因而霧看起來呈乳白色或青白色和灰色。

霧霾天氣是一種大氣汙染狀態，霧霾是對大氣中各種懸浮顆粒物含量超標的籠統表述，尤其是PM2.5被認為是造成霧霾天氣的「元兇」。隨著空氣品質的惡化，陰霾天氣現象出現增多，危害加重。中國不少地區把陰霾天氣現象併入霧一起作為災害性天氣預警預報。統稱為「霧霾天氣」。

霧霾形成的三大要素

1、生成顆粒性揚塵的物理基源。我國有世界上最大的黃土高原地區，其土壤質地最易生成顆粒性揚塵微粒。

2、運動差造成揚塵。例如，道路中間花圃和街道馬路牙子的泥土下雨或潑水後若有泥漿流到路上，一小時乾涸後，被車輪一旋就會造成大量揚塵，即使這些顆粒性物質落回地面，也會因汽車不斷駛過，被再次甩到城市上空。

3、揚塵基源和運動差過程集聚在一定空間範圍內，顆粒最終與水分子結核集聚成霾。目前來看，在我國黃土平高原地區350多座城市中，霧霾構造三要素存量相當豐裕。

判定霧霾天氣的方法

霧和霾相同之處都是視程障礙物。但霧與霾的形成原因和條件卻有很大的差別。霧是浮遊在空中的大量微小水滴或冰晶，形成條件要具備較高的水汽飽和因素。一般相對溼度小於80%時的大氣混濁，視野模糊導致的能見度惡化是霾造成的，相對溼度大於90%時的大氣混濁，視野模糊導致的能見度惡化是霧造成的，相對溼度介於80～90%之間時的大氣混濁，視野模糊導致的能見度惡化是霧和霾的混合物共同造成的，但其主要成分是霾。

霾的厚度比較大，可達1～3公裡左右。出現霧時空氣相對溼度常達100%或接近100%。霧有隨著空氣溼度的日變化而出現早晚較常見或加濃，白天相對減輕甚至消失的現象。出現霧時有效水平能見度小於1KM。當有效水平能見度1～10KM時稱為輕霧。霧是指大氣中因懸浮的水汽凝結，能見度低於1公裡時的天氣現象。

其實霧與霾從某種角度來說是有很大差別的。比如：出現霧時空氣潮溼;出現霾時空氣則相對乾燥，空氣相對溼度通常在60%以下。其形成原因是由於大量極細微的塵粒、煙粒、鹽粒等均勻地浮遊在空中，使有效水平能見度小於10KM的空氣混濁的現象。符號為「∞」。霾的日變化一般不明顯。當氣團沒有大的變化，空氣團較穩定時，持續出現時間較長，有時可持續10天以上。由於霧霾、輕霧、沙塵暴、揚沙、浮塵等天氣現象，都是因浮遊在空中大量極微細的塵粒或煙粒等影響致使有效水平能見度小於10KM。有時使氣象專業人員都難於區分。必須結合天氣背景、天空狀況、空氣溼度、顏色氣味及衛星監測等因素來綜合分析判斷，才能得出正確結論，而且霧和霾的天氣現象有時可以相互轉換的。霾在吸入人的呼吸道後對人體有害，如長期吸入，嚴重者會導致死亡。