揭开迷“雾”中的重重秘密——国家自然科学奖获奖项目解析我国空气中细颗粒物形成机制及影响

近期，我国出现大范围雾霾天气，从京津冀地区到长三角地区，甚至再到珠三角地区，PM2.5都严重超标，一些地区PM2.5的最高测试值甚至达到每立方米1000微克，远远高于世界卫生组织所规定的细颗粒物指标。究竟是什么造成了雾霾漫天，复旦大学庄国顺教授科研团队花费10年时间，阐明了我国各类气溶胶的时空分布、化学组成及其形成和转化机制。1月18日，“中国大气污染物气溶胶的形成机制及其对城市空气质量的影响”项目获得2012年度国家自然科学奖二等奖。

高空的霾“造雾”能力更强

从科学意义上来说，所谓雾是指百分之百的水蒸气凝结成水滴。但是水蒸气成雾需要相对湿度达到400%，这种情况下，很难形成全国范围内铺天盖地的浓雾，因为没有那么多的水蒸气。但是细颗粒物却可以在较少的水汽中“大展宏图”。庄国顺介绍说，大气中的相对湿度甚至不需要达到100%，细颗粒物就能“造雾”。而发生在高空的霾，“造雾”能力更强，细颗粒物在吸水的时候，能够继续膨胀。“比如相对湿度从90%到92%，细颗粒物体积也许能够膨胀到8倍以上。”如果大气当中还有大量人为硫酸盐、铵盐、硝酸铵、有机酸盐等，就更容易使大气中的细颗粒物膨胀，从而导致灰蒙蒙的一片天空。

细颗粒物并非从来就有，比如说地上扫起来的扬尘、沙尘、海浪吹出来的海盐、森林大火产生的大量黑碳。过去几千万年来形成的天然气溶胶一直在变化，但是始终处于一种平衡的状态。但现在增加的是人为活动产生的颗粒物，包括工厂的排放和交通的排放。

庄国顺介绍说，我国是世界PM2.5污染最为严重的地区之一。城市空气质量面临严重挑战，二次气溶胶、生物质燃烧和沙尘成为我国城市大气污染和灰霾形成的三大成因，其中二次气溶胶中包含着大量的硫酸盐、硝酸盐和有机气溶胶。

细颗粒物可长途“奔袭”

这些硫酸盐、硝酸盐和有机气溶胶如何造成全国范围内的雾霾天气？庄国顺科研团队对细颗粒物的运动轨迹进行了长期跟踪调查，他们发现细颗粒物是可以长途奔袭的。10年来，科研团队在我国的典型地区和亚洲沙尘传输途径上设置了多个采样点，从西部的新疆一直到东海，每个季度进行采样，共采集了近2万个气溶胶样品，并进行全面实验分析，最终揭示了我国严重灰霾尤其是高浓度细颗粒物PM2.5的来源和形成机制。

众所周知，我国有三大沙尘源区，分别是新疆的塔克拉玛干沙漠、黄土高原，以及位于被蒙古的戈壁。这些沙尘在传输途中与污染物作用导致了碳酸盐向硫酸盐的转化。正是它们之间相互作用形成的复合污染气溶胶对我国大气环境造成重大影响，比如上海细颗粒物PM2.5表面pH值仅为2.81，比非沙尘期间降低2个单位，表面酸度增加了100倍。

而大面积的有机气溶胶、硫酸盐、硝酸盐和黑碳是能见度降低的直接影响因子。科研团队进行了气溶胶主要组分对光的衰减比例研究，发现有机气溶胶（一部分是致癌物质）对光的吸收强度最大，衰减率可达47%。

机动车排放是雾霾形成主要原因

近年来，我国在节能减排上采取了一系列措施，全国范围内电厂的脱硫脱销工作都全方位地推进，可是为什么大气环境却没有转好？科研团队研究成果显示，大量的机动车尾气排放是空气中细颗粒物大大增加的首要原因，也是雾霾形成的主要因素。庄国顺介绍说，目前上海机动车数量估计在500万辆左右，北京更是达到了600万辆，中小城市也正上演着堵车大片。机动车排放所占的比重已经跟工厂排放接近。汽车产业的高速发展，以及对排放标准的有法不依，已经严重伤害到了中国的大气环境。

大量的细颗粒物对人体的危害是非常严重的，首当其中的是肺癌发生率会大大提高。庄国顺团队的工作还在继续。他告诉记者，很多气溶胶上有附着病毒、细菌，对公共卫生也会有很大影响，2003年的非典疫情就与此有密切关联。他们未来研究方向将对此进行全方位研究。