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中科院生态中心:PM2.5成长机制追踪者

孙爱民

2014年03月27日10:53    来源:《中国科学报》    手机看新闻
原标题:中科院生态中心:PM2.5成长机制追踪者

  3月26日,包括北京在内的华北、东北部分地区再度受到雾霾侵袭,大街上,人们重新戴上“尘封”几日的口罩无奈应对。在中科院生态环境研究中心的大气污染控制中心实验室内,科学家们同样清一水地戴着口罩,他们正在研究的正是当今社会的“公敌”——PM2.5。

  “这个就是我们用于模拟大气中气体向固态颗粒物转化过程的烟雾箱。”中科院生态中心副研究员马庆鑫带领记者穿过响着轰鸣声的试验台,来到一个“小房子”门口。

  这个实验室本不大,略显拥挤地摆放了两套实验设备,可即便如此,为了能多一个了解PM2.5、追踪气体转化过程的手段,中科院“大气灰霾追因与控制”专项首席科学家、生态中心研究员贺泓仍然争取在实验室一角建设了这座烟雾箱。

  就在最近,一项发表在《自然》杂志子刊《科学报道》上的论文让这个实验室再度受到学术界的关注,他们成功揭示了大气中矿尘和氮氧化物对PM2.5主要成分硫酸盐形成的促进作用,回答了国际大气化学界在这一方向的前沿问题。

  “PM2.5是多种物质的混合物,可以分为一次来源与二次来源,其中二次来源是指污染气体转化成的颗粒物,我们的研究主要着眼于大气中的氮氧化物和二氧化硫是如何转化为硫酸盐和硝酸盐的。”

  谈起研究过程,马庆鑫的记忆回到了2008年。

  2008年,这个研究团队在“出于对研究兴趣的探索”中就有了明确的认识:当二氧化硫与氮氧化物同时吸附在矿尘上时,氮氧化物就会促进二氧化硫转化为硫酸盐。

  “我们当时通过实验室模拟就发现,当没有氮氧化物的时候,二氧化硫与矿尘只是一个吸附与脱附的过程,很难转化成硫酸盐,后来发现了氮氧化物的催化作用。”马庆鑫向记者进一步解释道,“由于当时雾霾天气不是很严重,我们没有将这个结果与PM2.5和雾霾天气进行关联。”

  随着雾霾天气逐渐为公众和科学界所关注,上述研究得以继续推进,其中外场观测的数据结果很好地验证了5年前的科学发现。

  在马庆鑫向记者展现的一幅图表中,清晰地展示了去年1月份强霾天气下,三个监测点PM2.5、臭氧、二氧化硫、氮氧化物成分的微妙关系:大气中二氧化硫含量在差异不大的情况下,PM2.5的总量在氮氧化物的“助推”下升高。

  “硫酸盐是大气细颗粒物的重要组分,与区域空气质量特别是与灰霾成因密切相关,在北京不同地区、不同时段的大气成分中能占到10%到40%不等。”马庆鑫告诉记者,前期“微观化学机制研究”,加上外场的观测数据支持,再加上烟雾箱实验进一步验证,科学家们基本锁定了二氧化硫、氮氧化物这两个气体与硫酸盐的微妙关系。

  科学研究是严谨的、没有止境的,即使有三条路径证实了三者间的关系,科学家们还在酝酿新的手段来进一步验证。

  马庆鑫告诉记者,研究组正在与其他研究团队合作开发数字模拟系统,意图通过计算模拟来推测这种机制的重要性。

  此类科学研究如何作用于雾霾治理?

  贺泓告诉记者,新的机制的发现便于决策部门在严控二氧化硫已经取得成效的情况下,优先控制氮氧化物的排放,“尤其是控制城区机动车氮氧化物的排放,这也给一些政策的推行提供确切的科学依据”。

  谈到对未来灰霾研究的期望,贺泓展现了一贯的自信与大智慧。

  “微观机制的研究是无止境的,我们现在的研究是为了以后更加精确地回答如何控制,以最小的代价取得最大的成效。” 贺泓表示,“目前的研究状况不影响现在采取源头减排的措施,基础研究的作用在以后的治理中将进一步凸显。”

(责编:李京阳(实习生)、熊旭)

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