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來(lái)源：新京報(bào)（北京）

近年來(lái)，霧霾進(jìn)入公眾視野，PM2.5指數(shù)和溫度一樣，成為人們每天出門(mén)前必須考察的“項(xiàng)目”，空氣凈化器也漸漸成為標(biāo)配家電。

霧霾的研究、治理也全面展開(kāi)，近幾年中國(guó)科學(xué)家取得了不少成果，但霧霾成因一直是存在爭(zhēng)議、不易攻克的難題。

近日，復(fù)旦大學(xué)王琳科研團(tuán)隊(duì)，在這個(gè)難題上跨出了重要一步。污染城市空氣的納米微細(xì)粒子是怎樣從不可勝數(shù)的空氣分子中形成的？他的團(tuán)隊(duì)把這件事解釋清楚了。

該科研團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)并證實(shí)了我國(guó)典型城市上海大氣中的硫酸-二甲胺-水三元成核現(xiàn)象，揭示了上海大氣污染納米微細(xì)粒子形成，也就是所謂大氣新粒子形成的化學(xué)機(jī)制。這為我國(guó)大氣顆粒物污染防治政策的制定提供了新的科學(xué)證據(jù)。

【釋疑1】

什么是大氣污染新粒子？

工廠(chǎng)汽車(chē)等排出的氣態(tài)污染物轉(zhuǎn)變成的固體顆粒物

很多人認(rèn)為，工廠(chǎng)和汽車(chē)尾氣排放是造成PM2.5顆粒物污染的主要原因之一，這其實(shí)是由人類(lèi)活動(dòng)或者自然活動(dòng)所帶來(lái)的大氣顆粒物直接排放，在研究者的“術(shù)語(yǔ)”中被稱(chēng)為“一次排放”。除了“一次排放”，空氣中還時(shí)常發(fā)生著顆粒物的“二次形成”。

“二次形成”是指排放的氣態(tài)污染物轉(zhuǎn)變成固體顆粒物的過(guò)程。人類(lèi)活動(dòng)排放的大量氣態(tài)污染物如二氧化硫SO2、氮氧化物NOx、氨氣NH3、揮發(fā)性有機(jī)污染物（VOCs）等，在大氣中被氧化產(chǎn)生硫酸鹽、硝酸鹽、銨鹽和二次有機(jī)氣溶膠（SOA）。這些新生成的細(xì)顆粒物是大氣中PM2.5的重要來(lái)源。

“范圍內(nèi)，二次顆粒物貢獻(xiàn)率在20%-80%之間，在我國(guó)中東部地區(qū)常常高達(dá)60%，在成霾時(shí)往往二次顆粒物所占比例更高。”2014年中科院發(fā)布的《2014科學(xué)發(fā)展報(bào)告》指出。

王琳介紹，相較于“一次排放”，“二次形成”的過(guò)程較為復(fù)雜。其形成過(guò)程大致分為兩種：一種是讓大氣中顆粒物變得更“重”，另一種是變得更“多”。“我們課題組目前主要關(guān)注變‘多’的過(guò)程，研究城市空氣中的大氣新粒子是怎么形成的。”王琳說(shuō)。

“二次形成”讓大氣中顆粒物“變多”的過(guò)程，就是大氣中部分氣體分子隨機(jī)碰撞，通過(guò)分子間作用力或化學(xué)鍵生成分子團(tuán)簇，分子團(tuán)簇的進(jìn)一步生長(zhǎng)則形成納米微細(xì)粒子，也就是大氣新粒子；這些納米微細(xì)粒子繼續(xù)生長(zhǎng)，則造成PM2.5污染。

但具體到大氣新粒子形成事件的化學(xué)與物理機(jī)制，一直是一個(gè)未解之謎。

【釋疑2】

霧霾成因的研究難在哪？

從133倍于地球人口數(shù)的氣體分子中找出關(guān)鍵兩分子

這個(gè)未解之謎，是大氣化學(xué)研究領(lǐng)域的難點(diǎn)之一。

王琳表示，通過(guò)測(cè)量3納米以下顆粒物濃度來(lái)判斷是否發(fā)生了新粒子形成事件已經(jīng)很難了，還要想辦法把與這一過(guò)程相關(guān)的氣態(tài)前體物和分子團(tuán)簇的化學(xué)組分測(cè)出來(lái)，再識(shí)別其中哪些分子和分子團(tuán)簇對(duì)這一事件有著比較直接相關(guān)的貢獻(xiàn)。“從測(cè)量到識(shí)別再到形成機(jī)制的推導(dǎo)，每一步驟的推進(jìn)都是‘難上加難’的突破。”

2014年3月到2016年2月，利用上發(fā)展的納米顆粒物粒徑放大技術(shù)，王琳?qǐng)F(tuán)隊(duì)針對(duì)這一難題在上海開(kāi)展了長(zhǎng)達(dá)兩年的連續(xù)大氣觀測(cè)，積攢的數(shù)據(jù)達(dá)到幾百G。2016年3月到2017年7月，他們又花了一年半的時(shí)間，完成對(duì)收集來(lái)的海量數(shù)據(jù)的系統(tǒng)整理和深入分析。

后，團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)并證實(shí)硫酸-二甲胺-水三元成核機(jī)制，可用于解釋我國(guó)典型城市大氣中的大氣新粒子形成事件。

對(duì)于這項(xiàng)工作，王琳這樣比喻：“相當(dāng)于從133倍于地球人口數(shù)的氣體分子中找出了關(guān)鍵的2個(gè)，一個(gè)是硫酸分子，另一個(gè)是二甲胺分子，它們碰到一起，就可能發(fā)生大氣新粒子形成事件了。”

【釋疑3】

新發(fā)現(xiàn)對(duì)治霾有何幫助？

針對(duì)性地控制化學(xué)物種，降低顆粒物濃度

在中國(guó)典型的城市環(huán)境中，除了加強(qiáng)對(duì)污染物一次排放的監(jiān)測(cè)和管理，對(duì)污染物的二次形成也應(yīng)予以同樣程度的關(guān)注和重視。

王琳認(rèn)為，得益于此項(xiàng)研究中提出的化學(xué)機(jī)制，參與大氣新粒子形成過(guò)程中的關(guān)鍵化學(xué)物種將得到更有針對(duì)性的控制，從而有望有效降低空氣中顆粒物的數(shù)量濃度，減輕大氣顆粒物污染。

另外，從更大維度來(lái)看，將這一機(jī)制運(yùn)用于氣候模式中，能更好地模擬大氣顆粒物乃至云凝結(jié)核的數(shù)目，更好地理解整個(gè)地球的氣候變化趨勢(shì)。

談及今后的研究，王琳希望，在現(xiàn)有硫酸-二甲胺-水三元成核化學(xué)機(jī)制框架下，能進(jìn)一步明確我國(guó)城市大氣新粒子形成事件中的前體物主控因素，理解城市大氣新粒子形成事件與霧霾形成的關(guān)系，從而助力推出更有針對(duì)性的污染防控措施。

鏈接

2014年 中科院氣溶膠化學(xué)與物理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室與瑞士保羅謝勒研究所共同署名發(fā)表論文，發(fā)現(xiàn)重霾污染中二次有機(jī)氣溶膠的定量貢獻(xiàn)：二次氣溶膠對(duì)PM2.5均貢獻(xiàn)為30%-77%，這是發(fā)現(xiàn)二次反應(yīng)對(duì)重霾的作用。

2016年12月21日 清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院博士生鄭光潔、賀克斌院士等學(xué)者在《科學(xué)進(jìn)展》聯(lián)合發(fā)表研究長(zhǎng)文，揭示了重霾污染期間顆粒物中硫酸鹽迅速生成的化學(xué)機(jī)制。

該研究發(fā)現(xiàn)，在我國(guó)華北地區(qū)，大氣顆粒物表面的“結(jié)合水”中可以溶解的二氧化氮是經(jīng)典yun水環(huán)境的約50倍，這種高濃度的二氧化氮環(huán)境，可以使二氧化硫迅速轉(zhuǎn)化為二次氣態(tài)污染物硫酸鹽。這是華北地區(qū)硫酸鹽形成的主要路徑。

2017年4月26日 國(guó)wu院常務(wù)會(huì)上，李克強(qiáng)重申要切實(shí)把霧霾成因機(jī)理搞清楚，確定開(kāi)展由環(huán)保部牽頭，科技、中科院、高校、農(nóng)業(yè)、工信等多部門(mén)和單位協(xié)作的“集中攻關(guān)”。