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介绍一篇北大关于“雾霾”形成机理的有创意但需商榷的文章

已有 5879 次阅读 2014-12-24 13:58 |个人分类:灰霾|系统分类:科研笔记|关键词:北大文章,重霾,细颗粒物,核化,增长| 增长, 重霾, 细颗粒物, 北大文章, 核化

前几天看到《南方周末》新闻:“PM2.5长成及揭晓背景雾霾形成机理 APEC蓝有用吗?”介绍北京大学研究团队(郭松、胡敏、邵敏、张人一等)1124日在美国《国家科学院学报(PNAS)》发表文章,展示有创意的研究成果。原文是:

Elucidating severe urban haze formation in China. PNAS, November 24, 2014; doi:10.1073/pnas.

可以在网上下载:http://www.pnas.org/content/111/49/17373.full.pdf+html?with-ds=yes

 

该研究针对20139月下旬和10月上旬发生在北京的两次重霾污染过程,监测分析了细颗粒物粒子数密度(单位体积粒子数104/cm3)、粒径分布(nm-纳米)、质量浓度(μg/m3)和化学成份的变化过程,有几个重要发现。

 

如下图,展示了北京市2013925-29日和102-7日重霾污染期间气溶胶核化和增长情况。AC为粒子数和大小分布,以及平均直径(白色虚线),A925-29日,C102-7日;BDPM2.5质量浓度(黑色实线),平均直径(紫色虚线),以及PM1(直径等于小于1微米的细颗粒物)的化学组分,B图对应925-29日,D图对应102-7日。填充颜色分别表示不同组分:绿-有机物、蓝-硝酸根、红-硫酸根、橙-铵根、紫-盐酸根、黑-黑碳。

图中明显可见,两次重霾过程都以二次颗粒物为主(有机碳、硝酸根、硫酸根、铵根),和北京市发布的PM2.5源解析成果有所不同。有创意的重要发现是:AC图中白色虚线的起始段(深红色范围)表示粒子数和平均直径的迅速上升。又从BD图可见,该发展段正位于北京发生重霾污染之前,PM2.5浓度很低之时,即超细颗粒物暴发性生成和增长发生在我们尚未感觉污染严重之时。作者(郭松)对记者解释“北京PM2.5的独特性在于颗粒物非常有效的核化以及快速和持续增长”——这就是为什么昨儿好好的蓝天,一觉醒来,今儿就雾霾了!”(污染气体变成小小颗粒的过程称为核化,小小颗粒物长大的过程称为增长。)

 

讨论污染气体核化,形成超细颗粒物,再在合适气象条件下迅速增长,从该方向来研究分析北京发生重霾过程的机理很有创意。但文章结论有一个论点却值得商榷:作者认为在北京“干净”阶段,会发生大量核化和增长过程,因此发生重霾主要是北京本地的污染问题,区域输送PM2.5的作用微小。郭松表示“最根本的原因是城市上空存在着大量气态污染物,而且北京的大气氧化性高,使得化学反应变得非常迅速有效。但是具体的化学机制,现在还十分不清楚,目前已知的所有机制都很难解释如此快速的增长,最有可能的情况是多种污染物的协作用,使得1+1>2,这也是接下来研究的重点。

 

但是,该研究在北京发现的现象,同样可以在京津冀地区多地发生。该地区上空当然存在着大量气态污染物,当地氧化性也可以很高,化学反应也可以迅速有效。特别是:从气象记录可见,这个核化的加速是和输送过程联系的。我留有北京市20139月和10月那两次重霾污染期间的气象数据图,如下。

图中可见,在监测到的超细颗粒物暴发性发生和增长的925日下午到深夜和102日下午到深夜,风速风向和相对湿度的变化十分相似。都有西南风,湿度都从傍晚开始增长。由此可见,北京市发生重霾时,区域输送的影响未必都来自PM2.5的输送,也许是“前体物”~污染气体,也可能是更细小的颗粒物(PM1或更细小)的输送影响。 

北大文章的结论应当进行适当修改。



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