研究解決煙霧形成之謎

霧霾在城市中常見，在中國許多地區(qū)被用作預(yù)警和預(yù)測的災(zāi)害性天氣現(xiàn)象。霾是特定氣候條件和人類活動相互作用的結(jié)果。高密度人口的經(jīng)濟(jì)社會活動必然會排放大量的細(xì)顆粒物。近年來，北京和華北地區(qū)霧霾頻發(fā)。據(jù)了解，研究表明，硫酸鹽是形成嚴(yán)重污染的主要驅(qū)動因素。從絕對貢獻(xiàn)來看，硫酸鹽在重度污染時(shí)占大氣細(xì)顆粒物PM2.5的20%，是比例最高的單體；相對趨勢上，隨著PM2.5污染程度的上升，硫酸鹽是PM2.5中相對比例上升最快的成分。因此，對硫酸鹽來源的研究是解釋煙霧形成的關(guān)鍵科學(xué)問題。

中國和德國的研究人員21日表示，他們解開了北京和華北霧霾最重要的組成部分——硫酸鹽形成的謎團(tuán)，發(fā)現(xiàn)大氣細(xì)顆粒物吸附的水中二氧化氮和二氧化硫之間的化學(xué)反應(yīng)是霧霾期間硫酸鹽形成的主要途徑。這一發(fā)現(xiàn)凸顯了在繼續(xù)實(shí)施減排措施以緩解空氣體污染問題的同時(shí)優(yōu)先減少氮氧化物的重要性。

清華大學(xué)賀克斌院士、張強(qiáng)教授、鄭廣杰博士、程教授、烏爾里?！げㄊ柦淌诤偷聡R克斯·普朗克化學(xué)研究所教授在新一期《美國科學(xué)進(jìn)步雜志》上報(bào)道，他們通過現(xiàn)場觀察、模型模擬和理論計(jì)算發(fā)現(xiàn)，硫酸鹽主要是北京和華北霧霾期間溶解在空氣體中的二氧化硫和二氧化氮的“顆粒物”，它在中國北方獨(dú)特的中性環(huán)境中反應(yīng)迅速。顆粒物結(jié)合水是指高相對濕度環(huán)境下PM2.5潮解吸收的水分。

這一結(jié)論與通常認(rèn)為的硫酸鹽形成機(jī)制大相徑庭?，F(xiàn)有基于歐美的經(jīng)典大氣化學(xué)理論認(rèn)為，硫酸鹽主要形成于云水環(huán)境。因?yàn)樵苾?nèi)液態(tài)水含量遠(yuǎn)高于顆粒物結(jié)合水，通常要高出1000到100000倍，相比云水中的硫酸鹽生成反應(yīng)，顆粒物結(jié)合水的反應(yīng)可以忽略不計(jì)。理論計(jì)算還表明，在云水反應(yīng)路徑中，二氧化氮氧化的二氧化硫?qū)α蛩猁}的貢獻(xiàn)可以忽略不計(jì)。

在北京和華北霧霾期間，一方面，由于靜態(tài)穩(wěn)定氣象條件下顆粒物濃度急劇上升，相對濕度較高，顆粒物結(jié)合水含量遠(yuǎn)高于經(jīng)典情景，顆粒物結(jié)合水中的反應(yīng)總量大大增加；另一方面，嚴(yán)重霧霾期間的二氧化氮濃度是經(jīng)典云水情景下的50倍以上，直接改變了二氧化氮氧化路徑的相對重要性。此外，北京和華北地區(qū)存在大量的氨、礦物粉塵等堿性物質(zhì)，使得當(dāng)?shù)仡w粒物束縛的水的pH值遠(yuǎn)高于美國等地，呈現(xiàn)出獨(dú)特的中性環(huán)境，二氧化氮氧化機(jī)制的反應(yīng)速率會隨著pH值的增加而大大增加。因此，研究人員在論文中指出，優(yōu)先減少氮氧化物的排放可能會大大降低中國霧霾中硫酸鹽的污染水平。

“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(jī)動車等。氨和礦物粉塵等堿性物質(zhì)在中和中起作用，來自農(nóng)業(yè)、工業(yè)污染和粉塵等其他來源。這些不同的污染源在我國以高強(qiáng)度同時(shí)排放，導(dǎo)致硫酸鹽以獨(dú)特的化學(xué)生成路徑快速形成，這是重度霧霾期間顆粒物濃度快速增加的主要原因之一。”賀克斌院士說。研究結(jié)果為今后科學(xué)減排、合理安排減排措施提供了有力支持。

什么是霧霾？

霾，顧名思義，就是霧和霾。但是霧和霾有很大的區(qū)別。空空氣中由灰塵、硫酸、硝酸等顆粒物組成的氣溶膠系統(tǒng)稱為霾。陰霾就是陰霾。霧是由懸浮在地面附近空氣中的大量微小水滴或冰晶組成的氣溶膠系統(tǒng)。多發(fā)生在秋冬季節(jié)，是近表層空水汽凝結(jié)的產(chǎn)物。霧的存在會降低空空氣的透明度，使能見度變差。如果目標(biāo)的水平能見度降低到1000米以下，則地面附近的空氣中懸浮著水汽凝結(jié)體的天氣現(xiàn)象空稱為霧。

霾，也叫haze 空空氣中的灰塵、硫酸、硝酸、有機(jī)碳?xì)浠衔锏阮w粒也會使大氣渾濁。目標(biāo)水平能見度在1000 ~ 10000米的現(xiàn)象稱為輕霧或霾。霧形成時(shí)，大氣濕度應(yīng)達(dá)到飽和(如果存在大量凝結(jié)核，相對濕度可能達(dá)不到100%，可能出現(xiàn)飽和。因?yàn)橛梢簯B(tài)水或冰晶組成的霧散射的光與波長關(guān)系不大，所以霧看起來是乳白色或藍(lán)白色和灰色。

霧霾天氣是一種空氣污染狀態(tài)。霧霾是大氣中各種懸浮顆粒物含量超標(biāo)的一般表現(xiàn)，尤其是PM2.5被認(rèn)為是霧霾天氣的“罪魁禍?zhǔn)住?。隨著空空氣質(zhì)量的惡化，霾天氣現(xiàn)象增多，危害加劇。在中國的許多地區(qū)，霧霾天氣現(xiàn)象與霧結(jié)合在一起，成為一種嚴(yán)重的天氣預(yù)警和預(yù)報(bào)。統(tǒng)稱為“霾天氣”。

煙霧形成的三個(gè)因素

1.產(chǎn)生顆粒灰塵的物理基礎(chǔ)來源。中國是世界上黃土高原面積最大的國家，其土壤質(zhì)地容易產(chǎn)生顆粒塵粒。

2.運(yùn)動不佳導(dǎo)致灰塵。比如雨后泥漿流到路上，或者把水濺到路中間花壇里的土上，街上的路牙上，等干了一個(gè)小時(shí)車輪空轉(zhuǎn)的時(shí)候會產(chǎn)生大量的灰塵。即使這些顆粒物落回到地面，也會因?yàn)槠嚥煌５慕?jīng)過空而再次被拋進(jìn)城市。

3.揚(yáng)塵的基本來源和運(yùn)動差異的過程聚集在一定的空范圍內(nèi)，顆粒最終與水分子結(jié)節(jié)聚集形成霾。目前，在中國黃土高原地區(qū)的350多個(gè)城市中，煙霧結(jié)構(gòu)的三要素十分豐富。

一種判斷霾天氣的方法

霧和霾的相似點(diǎn)是視覺障礙。但是霧和霾形成的原因和條件卻大相徑庭。霧是大量微小水滴或冰晶漂浮在空中，其形成條件應(yīng)具有較高的水汽飽和因子。一般來說，當(dāng)相對濕度小于80%時(shí)，霧霾導(dǎo)致能見度下降；當(dāng)相對濕度大于90%時(shí)，霧霾導(dǎo)致能見度下降；當(dāng)相對濕度在80%至90%之間時(shí)，霧霾導(dǎo)致能見度下降。

霾的厚度比較大，可以達(dá)到1 ~ 3公里左右。在有霧的情況下，空氣體的相對濕度總是100%或接近100%。隨著空空氣濕度的日變化，霧在早晚更常見或變濃，白天相對變淡甚至消失。發(fā)生霧時(shí)，有效水平能見度小于1公里。當(dāng)有效水平能見度為1 ~ 10 km時(shí)，稱為輕霧。霧是指由于大氣中懸浮水汽凝結(jié)而導(dǎo)致能見度小于1公里的天氣現(xiàn)象。

其實(shí)霧和霾是截然不同的。比如出現(xiàn)霧，空氣體是濕的；霧霾發(fā)生時(shí)，空氣體比較干燥，空氣體的相對濕度通常在60%以下。原因是大量極細(xì)的塵粒、煙粒、鹽粒等。均勻漂浮在空中，使有效能見度小于10KM的空空氣渾濁。符號是“∞”。霾的日變化一般不明顯。當(dāng)氣團(tuán)變化不大，空氣團(tuán)穩(wěn)定時(shí)，會持續(xù)很長時(shí)間，有時(shí)會持續(xù)10天以上。由于霧霾、輕霧、沙塵暴、揚(yáng)沙、浮塵等天氣現(xiàn)象，在空中漂浮著大量極細(xì)的塵?；驘熈５挠绊懴?，有效水平能見度小于10KM。有時(shí)候氣象專業(yè)人士很難分辨。需要綜合分析判斷天氣背景、天氣空狀況、空濕度、色香味、衛(wèi)星監(jiān)測等因素，才能得出正確的結(jié)論，霧和霾的天氣現(xiàn)象有時(shí)可以相互轉(zhuǎn)換。霧霾吸入人體呼吸道后對人體有害。如果長期吸入，嚴(yán)重者會導(dǎo)致死亡。

霧霾天氣開窗少。出門一定要戴口罩，平時(shí)多喝水，多喝菊花茶、杞茶等中藥茶，預(yù)防疾病，多吃水果。從外面回家后，要徹底清潔皮膚和頭發(fā)。另外，愛晨練、愛逛街的老年人要注意減少外出，因?yàn)殪F霾對老年人的健康危害極大。

煙霧的主要來源

第一，人為因素

1.一是汽車尾氣；

2.二:北方冬季燒煤取暖產(chǎn)生的廢氣；

3.第三:工業(yè)生產(chǎn)廢氣。例如，冶金、窯爐和鍋爐、機(jī)電制造業(yè)，以及大量汽車維修噴漆、建材生產(chǎn)窯爐燃燒廢氣；

4.施工現(xiàn)場和道路交通產(chǎn)生的粉塵；

5.它能長出粒子。細(xì)菌和病毒的粒徑相當(dāng)于PM 0.1 ~ PM 2.5。當(dāng)空氣體中的濕度和溫度合適時(shí)，微生物會附著在顆粒上，尤其是油煙顆粒。吸收油滴后會轉(zhuǎn)化成更多的微生物，增加霧霾中生物毒性物質(zhì)的生長；

6.家居裝修也會產(chǎn)生粉塵“霧霾”，室內(nèi)灰塵無處不在，不僅對工人和用戶的健康有害，還增加了清潔負(fù)擔(dān)?；覊m嚴(yán)重的時(shí)候，也給裝修工程帶來很多隱患。

第二，氣候因素

1.一是水平方向靜風(fēng)增大的現(xiàn)象；

2.第二，反轉(zhuǎn)發(fā)生在垂直方向；

3.空氣中懸浮顆粒物和有機(jī)污染物的增加。隨著城市人口的增長、工業(yè)的發(fā)展和機(jī)動車的快速增加，污染物和懸浮物的排放量大大增加。

霧霾天氣的防御措施

1.戴口罩；

2.喝茶；

3.大量補(bǔ)充維生素D；

4.飲食清淡，多喝水；

5.吃蔬菜；

6.盡量減少天氣；

7.注意車速；

8.在門口的時(shí)候做個(gè)自我保護(hù)，戴上專門的防螨PM2.5口罩和防螨鼻罩，過濾PM2.5，隨時(shí)隨地呼吸新鮮空氣體；

9.無霧運(yùn)動。太陽出來后可以做早操。也可以改成室內(nèi)運(yùn)動；

10、堅(jiān)持吃藥。呼吸系統(tǒng)疾病和心腦血管疾病患者應(yīng)堅(jiān)持霧天按時(shí)服藥；

11.窗戶關(guān)得太緊了。中午日照多，污染物少的時(shí)候可以選擇開窗短時(shí)間；

12.遠(yuǎn)離馬路。通勤高峰時(shí)段和夜間大型汽車進(jìn)入市區(qū)時(shí)污染物濃度最高；

13.補(bǔ)充維d，多吃豆腐和雪梨。

結(jié)論:看了上述小系列揭示的解開霧霾形成之謎的研究，我們知道了霧霾的主要成分硫酸鹽。中德兩國研究人員曾表示，硫酸鹽形成的原因已經(jīng)解決，但這可以在繼續(xù)實(shí)施減排措施、優(yōu)先增加氮氧化物減排的前提下實(shí)現(xiàn)。所以如何解決霧霾還是一個(gè)需要長時(shí)間研究和探討的問題！