北京雾霾原因(北京雾霾原因分析)

中国科学院大气物理研究所研究员王跃思主持了“北京及周边地区复合大气污染形成机理及控制措施”研究。

雾霾是什么味道？曾经，在雾霾高发的季节，细心的网友“尝到”了雾霾的味道，晒出了不同城市雾霾味道的差异。北京雾霾被网友认为是最“醇厚”和“经典”的。其实这和雾霾背后的化学成分不同有关。

lasg的中国生态环境研究网大气分中心团队王跃思一直在研究北京雾霾的“配方”，以期帮助全社会从源头上治理雾霾。

在“北京及周边地区复合型大气污染形成机理及防治措施研究与示范”项目中，团队提出的“NOx中心论”可谓看透了北京雾霾的本质。控制燃煤，严控机动车，控制扬尘...北京的空气治理措施和PM2.5浓度的逐年下降，正在让这一研究成果成为环境治理的实践。

首次提出了“氮氧化物中心理论”。

2013年，北京市正式向社会发布PM2.5监测结果，也是在这一年，北京市PM2.5治理的大幕拉开。

污染是危险的。在监测的第一个月，北京遭遇了5次空气重污染([/k0/])，前两次各持续了5天。整个一月，雾霾天气高达23天！

北京的雾霾是怎样的？从20世纪70年代开始，为了防止酸雨和光化学污染，中国提出了控制二氧化硫和氮氧化物的减排措施。在近年来灰霾污染频发的背景下，硫酸盐、硝酸盐、铵盐、有机物等是高浓度气溶胶的主要成分，但这些成分的前体物控制方向一直不是很明确。污染发生后，王跃思的团队着手研究这个问题。

"高浓度氮氧化物的存在可以促进二氧化硫快速转化为硫酸盐."2014年，王跃思团队提出了“氮氧化物中心论”的科学假说。

王跃思和他的团队成员发现，当时北京的污染情况实际上是上世纪50年代前后英国伦敦和美国洛杉矶的综合。“在英国伦敦，蒸汽机被广泛使用，燃煤产生的二氧化硫形成酸雾，对人体造成伤害；在美国洛杉矶，工业和汽车尾气排放大量氮氧化物，形成包括臭氧在内的污染物，对城市环境非常有害。这两个问题我们都有。”

“我没想到会这样。我们也很震惊。”委员们发现，在京津冀地区，大量燃煤排放二氧化硫，而工业和汽车尾气排放的氮氧化物，都引发二氧化硫在粉尘的介质下迅速转化为硫酸盐，从而气体变成颗粒物，重度雾霾污染就来了。

这就是王跃思团队提出的“氮氧化物中心理论”。在北京的重度雾霾期间，高浓度氮氧化物的存在极大地促进了气态二氧化硫向颗粒物硫酸盐的转化，氮氧化物在空气污染的形成中起到了独特而重要的作用。只有实地观察，才能知道反应物和产物，内部过程就像一个黑匣子，无从得知。烟雾实验模拟是必不可少的。

“你为什么不回应？好奇怪！”研究小组开始了烟箱实验，但当他们把氮氧化物和二氧化硫放在一起时，它们完全没有反应。“这和我们想象的完全不同。我们认为它肯定会反应成硫酸盐。”

一次实验失败，接着是第二次第三次，但是两个多月后，第100次实验做完了，还是没有预期的反应。“是缺点吗？”大家都在想。

突然有一天，有人说:“尘埃！北京有灰尘，怎么能忘了！”果然，尘埃“种子”一加，细颗粒物污染“哇”的一声爆发了，像炸弹爆炸一样猛烈。这个“爆炸”让所有人兴奋不已！

实验证实了观测结果符合北京的实际情况，并且有了详细的实验模拟数据和数值模拟结果，在众多诱发雾霾污染的前兆中，将优先控制目标锁定为氮氧化物的“氮氧化物中心论”从假说上升为科学理论！

机动车辆的氨排放促进了颗粒物的产生。

在中国，汽车尾气排放的氮氧化物引发了燃煤产生的二氧化硫转化为颗粒硫酸盐。但仍有一个重要问题:如何推动转型，什么在起作用？王跃思的团队发现了氨气的新来源。

氨是一种碱性气体，几乎是大气中唯一的碱性气体。因为它的存在，硫酸和硝酸被中和成硫酸盐和硝酸盐，气体变成颗粒物。也就是说，如果京津冀地区没有氨，颗粒物污染不会那么严重，二氧化硫和氮氧化物可能会作为气体消散。“这真是要了我的命了！”

氨气从哪里来？一般来说，氨的70%以上来自农业和畜牧业，其中30%左右可以从农业化肥中挥发，40%来自畜牧业，9%来自人体。卫星观测显示，整个华北地区的氨浓度越来越高。通过对农牧业现状的分析，发现农牧业的活动水平在下降，这应该导致氨排放量的减少。当时大家都想不通是怎么回事。

农用氨是怎么到城市的？为什么城市氨气逐年上升？王跃思团队提出，氨气可能存在未知来源，而这个来源很可能与燃烧过程有关。

质疑声也跳了起来。“汽车尾气、燃煤等燃烧过程排放的氨只占一小部分。”一位专门研究汽车行业的专家如此表示。于是课题组成员争论不休，各不相让，整个研究一度因为这个问题而搁置。

但是，王跃思不相信。"我在国内外文献中看到过燃烧时氨的排放."后续团队最终通过同位素分析论证了氨的来源。“重污染期间，氨主要不是来自农牧业，而是来自工业化石燃料燃烧过程和机动车排放。在重度雾霾期间，这个比例可以达到80%甚至90%。”这个结论的提出过程和一系列的确认，不仅让整个团队大吃一惊，也让国内外的专家信服。

然后，好消息接踵而至。

广州课题组的同事去广州珠江隧道做实验。“隧道里只有车，很容易得出结论。”一检测，确实是汽车尾气排放氨气，隧道内测得的氨气浓度比外面高好几倍！北京的课题组同事对煤散烧时排放的氨气进行了测量，发现我国煤散烧排放的氨气是国外的50倍左右。

"燃烧过程释放出大量的氨。"确认！

颗粒物和臭氧的浓度应协同降低。

破解雾霾真身后，各种治理措施有的放矢，效果更加明显。

近年来，北京大力降低煤炭消费，煤炭消费总量已不到500万吨，二氧化硫年均浓度稳定在个位数；严格控制移动源污染，减少氮氧化物排放。仅去年一年，就查处不达标重型柴油车32.5万辆，是上年的5.6倍；控制粉尘和挥发性有机物，以科技手段完善监管，有序退出一般制造业和污染企业...

经过连续五年的大气综合治理，到2017年底，北京市PM2.5年均浓度由2013年的89.5微克/立方米下降到58微克/立方米；2018年，北京继续捍卫蓝天，PM2.5年均浓度降至51微克/立方米。

“可以说，通过这些年，颗粒物控制走上了‘快车道’，事实也证明我们控制的方向和措施是正确的。接下来，我们必须解决臭氧问题。”王跃思表示，目前，甚至在未来很长一段时间内，研究都应该以臭氧处理为主。

臭氧处理也是一个大问题。欧美等发达国家尚未解决臭氧问题，臭氧浓度仍会超标。“他们关于颗粒物的问题在20世纪90年代得到了解决，颗粒物的浓度已经能够防止反弹，但臭氧却不能。”

王跃思团队提出，为了进一步降低北京的颗粒物浓度，未来还应该通过调控臭氧来实现，让颗粒物和臭氧的浓度协同下降。“现在的情况是颗粒物浓度下降了，臭氧却上升了。我们要研究PM2.5和臭氧的协同控制措施。在不让颗粒物浓度反弹的同时控制臭氧是一个大问题，也是一个更长的过程。”

为什么臭氧治疗这么难？王跃思回答:“因为有很大的不确定性。”原来臭氧是由氮氧化物和挥发性有机化合物(VOCs)两种前体产生的。但有趣的是，这两个前兆都是“特殊”的。当氮氧化物减少时，臭氧浓度反而会增加。“它们是非线性的，是抛物线。当氮氧化物必须降低到特别低的水平时，臭氧就会减少，”王跃思说。“我们还在抛物线的前半段，也就是前坡，只有到了后坡才能实现。”

挥发性有机物和臭氧的关系也很奇妙。挥发性有机物越高，臭氧越高，反之，挥发性有机物减少，但臭氧不减少。

说到这里，王跃思不禁笑了，因为挥发性有机物的种类太多了，大气中有300多种。“你解决了影响大的前10种，马上就会有后10种来替代，总会有压倒性的替代品。”

"因此，臭氧对我们来说是一个令人头痛的问题，需要进一步研究."王跃思表示，今年北京将开始统筹控制PM2.5和臭氧。“颗粒物浓度不反弹，就成功了一半。”

来源:北京日报

记者罗摄

编辑:孙玉洁