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PM2.5长成记揭晓背景雾霾形成机理 APEC蓝有用吗?

2014-12-20 00:10
孤身万里游
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  站在天安门广场上当空泼出半碗水,却落下尼玛一碗泥球;北京,想你到让我无法呼吸...各种调侃北京雾霾的段子令人无奈。为什么昨儿好好的蓝天,一觉醒来,今儿就雾霾了?

  “APEC蓝表明了北京的霾是可以治理的。限行确实起到了降低PM2.5污染的效果。课题组观测了APEC期间颗粒物的增长过程,发现虽然也是静风情况,但增长过程明显变慢。”

  “知道”根据北大最新研究,为你揭示蓝天下的“PM2.5长成记”。

  北京,大风,蓝天。

  你可知道,在迷人的北京蓝天下,PM2.5的种子正悄然且迅速地成长。

  北京市的机动车、周边工业企业不断排放污染气体。污染气体在半天时间就变成数百万的小小颗粒物,这些只有头发两万分之一大小的纳米级颗粒物只在清洁的条件下生成,它们很轻,每立方米大气中的颗粒物总重量不足50微克。你在手机上看到的空气质量显示为“优”。

  可是接下来,如果气象条件不利,风向转为从污染地区而来的南风,或是没有风,污染难以扩散出去时,这些纳米级的小颗粒物会在2至4天后迅速长大,增至数百微克,形成重度污染。你打开空气质量的手机软件,一片红色。

  这幕“PM2.5长成记”解释了北京PM2.5的形成过程。

  “北京霾的形成原因众说纷纭,而我们基于科学实验,终于揭示了北京灰霾形成的机制。”德州农工大学大气科学系博士后郭松说。11月24日,国际顶尖学术期刊美国《国家科学院学报(PNAS)》发表了北京大学环境科学与工程学院胡敏教授课题组与美国德州A&M大学张人一教授的合作研究,郭松为论文的第一作者。

  2013年9月26日-11月13日,利用北京大学校园的长期定位观测站点和国际上最先进的仪器,在北京最易形成灰霾的秋季,课题组对霾形成机制的研究发现,每隔4-7天,这一幕PM2.5长成记在北京轮番上演。

  用专业术语来说,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”。

  课题组追踪颗粒物“核化”与“增长”的过程,发现了北京的PM2.5和其他地方的异同。

  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!


  北京PM2.5的周期变化-质量浓度变化(正是环保部门公布的PM2.5浓度):每个周期内,浓度从几十微克/立方米迅速增到几百微克/立方米。[颜色代表气团的来源:南方-黑色;西北-蓝和红色;东北-黄色] (PNAS-2014北大源解析研究报告/图)

 


  北京PM2.5的周期变化-平均粒径分布:每个周期内,颗粒物的粒径从几十纳米迅速成长到几百纳米。[颜色代表气团的来源:南方-黑色;西北-蓝和红色;东北-黄色] (PNAS-2014北大源解析研究报告/图)

  “北京只要是清洁天,就会发生核化,而且核化的能力还很强,生成大量的小颗粒物。但是并不是每个清洁的地方都会形成核化。”郭松说,“举个例子,亚马逊和芬兰都是森林地区,人为污染物很低,但亚马逊完全观测不到核化,芬兰却天天都有核化过程。”郭松还表示:“核化的机理在学术界也是个难题,目前谁都解释不清为什么有些地方核化能力强,有些地方根本就不发生。”

  除了有效快速的核化,北京的PM2.5最为独特的,则是颗粒物的快速持续增长过程。“美国休斯敦污染相对严重,也有干净天、也有污染天。但不是每次都能生成霾。”郭松说。

  为什么北京颗粒物会如此快速持续的增长?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。

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