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科学界形成的共识是:“雾霾”的形成与气溶胶有直接关系

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中国式雾霾:你想不到的重要原因
各地新闻第一财经资讯立早2015-03-01 19:41我要分享 68
[摘要]对于雾霾形成的原因,之前也有过许多靠谱或不靠谱的考证,但有一个科学界的发现却一直被人们所忽视:“中国式雾霾”与我国东部地区水土环境面源污染、大量滋生微生物种群有直接关联。

中国式雾霾:你想不到的重要原因

《穹顶之下》纪录片引发了人们对于“雾霾”形成机理的关注。

2月28日,中国能源学会副会长、国家“973”计划风能项目首席科学家顾为东公布的最新研究成果显示,与英美等国家工业化过程中的“雾霾”相比较,中国“雾霾”形成机理既具有普遍性,又具有特殊性。

他认为,中国工业化进程中工业等污染和广大郊区、农村的土壤、水源严重污染的叠加效应,是中国严重雾霾形成的特殊机理。该项研究得到了国家973计划和国家科技支撑计划资助。

2012年冬以来,“雾霾”频繁肆虐于中国北京以及广大中东部地区上空,其范围之广、时间之长、影响之重,令全国乃至全世界感到震惊。

气象学解释,雾是气溶胶系统,是由大量悬浮在近地面空气中的微小水滴或冰晶组成的、能见度降低到1000米以内的自然现象。雾和霾的区别在于水分含量的大小:水分含量达到90%的叫雾,水分含量低于80%的叫霾。80%~90%之间的,是雾和霾的混合物,主要成分是霾。

中国“雾霾”在减排中仍逆势增长

顾为东介绍,中国“雾霾”发生的频率和浓度并不低于当年美国洛杉矶、匹兹堡和英国伦敦。然而,中国“雾霾”的结构和生成机理和它们既具有共性,也具有特殊性。他认为,欧美国家雾霾发生的强度与大气污染物,如土壤尘、燃煤、生物质燃烧、汽车尾气与垃圾焚烧、工业污染和二次无机气溶胶等产生和排放强度呈正相关,易于掌握雾霾的产生规律和强度变化。

而中国雾霾大范围的产生在宏观上却并不与大气污染物排放强度呈正相关。如在夜间,运行中的汽车大幅减少、工厂停产、工地停工、职工下班、商业打烊、发电厂负荷下降,向大气中排放污染物的强度大幅降低,但“雾霾”的强度却显著增强;早上,生产生活恢复正常,向大气中排放污染物的强度提高,但“雾霾”强度却稳定或呈下降趋势。这种变化趋势并不是偶尔发生的现象,而是形成一般性的规律。

此外,我国“雾霾”在节能减排的趋势中逆势增长,与欧美不一样。上世纪,伦敦发生严重雾霾后,英国先后颁布了《净化空气条例》、《清洁空气法案》、《空气污染控制法案》,规定工业燃料里的含硫上限;通过征收气候变化税、设立碳基金、建立碳排放交易制度等激励和惩罚机制,促使企业进行节能减排。多管齐下,逐渐摘掉了“雾都”的帽子。

近年来,中国加大节能减排力度,推广燃煤机组烟气超低排放技术,严格控制二氧化硫、氮氧化合物、烟气等达标排放;提高天然气使用比例,2013年天然气消费量突破1600亿立方米。2013年全国能源消耗强度下降3.7%,即减少了2.2亿吨煤炭消耗。如北京还通过政府补贴,取消家庭燃煤取暖,全部使用电取暖器。北京、天津和河北的粉尘量也大幅度下降。

但受多方面因素影响,雾霾问题却在近两年有所加剧。特别是北京区域“雾霾”并没有随着上述节能减排和粉尘增长速度下降而减少,反而频率越来越高、重“雾霾”越来越多,同样呈逆势增长。研究还发现,中国“雾霾”与新能源应用比例正相关,与欧美不一样。

与土壤水等面源污染密切相关

科学界形成的共识是:“雾霾”的形成与气溶胶有直接关系。

研究显示,在大气环流相对稳定时,大气层低空的空气垂直运动受到限制,其中的气溶胶难以向高空飘散而被阻滞在低空和近地面,各种气溶胶污染物逐渐堆积产生“雾霾”。

一般情况下,小风、高湿、逆温等稳定的气象条件易导致“雾霾”。这也是“雾霾”的普遍性特征。顾为东认为,解决“雾霾”问题,不能停留在对其普遍性特征的研究上,要对其特殊性进行深入剖析。如同美国与英国雾霾结构和组成不同一样,有其地域特征,我国也是如此。

研究发现,中国雾霾频发和严重性与我国东部地区水土环境面源污染、大量滋生微生物种群有直接关联。

微生物广泛分布于自然界中。顾为东解释说,微生物最主要的特点就是体积小、种类多、繁殖迅速、环境适应能力强。

土壤为微生物生长提供了所需要的各种基本要素,而且还具有保温性能好、缓冲性强等优点,因此,土壤是微生物的大本营。土壤中尤以细菌最多,约占土壤微生物总量的70%-90%;水环境是微生物栖息的第二天然场所。城市生活污水、工业废水,有机物含量高,种类复杂,其中的微生物多为腐生型细菌和原生动物;空气虽然不是微生物生长繁殖的良好场所,但土壤、水体、各种腐烂的有机物以及人和动物、植物体上的微生物,都可随着气流运动被携带到空气中。

上述研究揭示了一个并不被常人注意的现象:如北京已经被2000多座垃圾场包围,目前每天垃圾处理缺口高达8000吨,仍以每年8%-10%的速度增长。而严重雾霾的快速形成与扩散,就与微生物的繁殖能力有关。

通过对微生物的研究发现,微生物都是以惊人的速度“生儿育女”的。当微生物飘移到大气中,吸附在气溶胶凝结核表面,就进入生命周期的迟缓期;当土壤中水分蒸发,并且携带氨氮营养物,与气溶胶凝结核结合,就为微生物生长提供了水分、养料和氧气,使微生物进入对数生长期。如大肠杆菌在合适的生长条件下进入对数生长期时,12.5-20分钟就可繁殖一代,每小时可分裂3次,由1个变成8个。这种繁殖速度仍比高等生物高出千万倍。

附着在气溶胶颗粒上的微生物在适宜条件下迅速繁殖,从而使气溶胶体积迅速增大,最终形成“雾霾”。如常温常压下,气溶胶颗粒只有0.1微米,但随着微生物迅速繁殖,气溶胶体积可以迅速增长到2.5微米、5微米,甚至10微米,达到“霾”的标准。

微生物繁殖的必要条件是温度、水分、氧气和养分。只要这些条件得以满足,微生物就能够快速繁殖,并且达到一定规模,形成微生物群。研究发现,“雾霾”以冬春最为严重,这时中国中东部地区的温度恰好普遍在5-20摄氏度温度区间。早春季节,几乎每一次北方干旱冷空气南下,均会引发土壤水分携氨氮营养物蒸发的水汽会迅速凝结出来,为产生重雾霾创造条件。

微生物生长最重要的养分就是氨和氮。研究发现,氨和氮产生的根源是水源的富营养化污染。中国水体中的营养物污染或水体富营养化问题,在过去50年里呈指数增长。同理,污染和富营养化也为土壤中微生物的大量繁衍提供了条件,造成微生物在土壤大量富集,冬春旱季可随着气流运动被携带到空气中。

两方面加大治理“雾霾”力度

对于中国的治霾问题,顾为东认为,从长远看,必须加强水土保持力度,加大水体富营养化污染的治理和生态修复;减少化肥使用量,减少农村面源污染,抑制微生物种群的形成和蔓延。消除“雾霾”,可以从打破大气中微生物群的生存环境入手,有效抑制和消减重度“雾霾”的形成。

在具体措施方面,顾为东建议,应充分考虑雾霾的普遍性和特殊性,从两个方面加大治理力度:一是从普遍性角度入手,减少传统的土壤尘、燃煤、生物质燃烧、汽车尾气与垃圾焚烧、工业污染和二次无机气溶胶等凝结核的产生;二是从特殊性角度入手,继续深入研究“雾霾”中的微生物种群和分类。

筛选起主要作用的微生物,分析在冬春季节最适宜的繁衍条件温度、湿度、养分,并确定这些微生物种群区域性集聚地,并针对性制定治理举措;研究控制土壤等面源污染的具体举措,减少和阻断蒸发水分中的氨氮等营养物,降低微生物群的繁衍速度;寻找和探索区域性与雾霾相关联的微生物群发生规律和治理办法。

上述研究成果还建议,大力推进城市公共环境卫生,消灭城市卫生死角,减少城市中凝结核的产生和微生物的繁衍集聚
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