隨著不斷侵襲而來(lái)的灰霾，中國(guó)科學(xué)技術(shù)最高學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)中國(guó)科學(xué)院的科學(xué)家也在不斷努力尋找研究的方法、方式。“應(yīng)加快建設(shè)大型大氣環(huán)境模擬艙，為我國(guó)大氣環(huán)境研究和灰霾治理提供重要平臺(tái)，”中科院“大氣灰霾追因與控制”課題組首席研究員賀泓屢次提出呼吁，建議推進(jìn)大型煙霧箱的建設(shè)。
事實(shí)上，賀泓提出的大型煙霧箱建設(shè)只是龐大的“大氣環(huán)境模擬系統(tǒng)研究計(jì)劃”一個(gè)組成部分。按照規(guī)劃，包括兩個(gè)大型煙霧箱在內(nèi)，“大氣環(huán)境模擬系統(tǒng)研究計(jì)劃”一共由六大系統(tǒng)及其輔助設(shè)施構(gòu)成，總投資5億元，規(guī)劃占地50畝。
日前，華西都市報(bào)記者在北京舉行的“大氣灰霾追因與控制”科學(xué)與技術(shù)前沿論壇上，首次看到該系統(tǒng)的總體規(guī)劃圖。
1霧霾實(shí)驗(yàn)室什么樣？
總占地約50畝 六大系統(tǒng)模擬大氣環(huán)境
此前，有外媒報(bào)道稱(chēng)，中國(guó)科學(xué)家計(jì)劃在北京懷柔建設(shè)世界最大的“煙霧箱”以模擬灰霾的形成和治理，報(bào)道稱(chēng)項(xiàng)目并已得到批準(zhǔn)。
但是該項(xiàng)目的籌備負(fù)責(zé)人、中科院生態(tài)研究中心研究員賀泓對(duì)此明確否認(rèn)。賀泓說(shuō)，“煙霧箱”只是中科院一項(xiàng)龐大的大氣環(huán)境模擬系統(tǒng)研究計(jì)劃的一個(gè)組成部分，目前尚未得到發(fā)改委批復(fù)。
今年三月初，在北京舉行的“大氣灰霾追因與控制”科學(xué)與技術(shù)前沿論壇上，賀泓首次公開(kāi)展示了大氣環(huán)境模擬系統(tǒng)的總示意圖。
華西都市報(bào)記者從這幅總示意圖發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)內(nèi)的核心建筑群呈扇形分布，根據(jù)規(guī)劃大氣環(huán)境模擬系統(tǒng)總占地約有50畝，其中共包括六大子系統(tǒng)，分別為大氣光化學(xué)模擬艙、大氣氣溶膠模擬艙、檢測(cè)系統(tǒng)、數(shù)值模擬系統(tǒng)、超級(jí)觀測(cè)站、預(yù)模擬及輔助設(shè)施。
賀泓說(shuō)，大氣光化學(xué)模擬艙和大氣氣溶膠模擬艙俗稱(chēng)就是“煙霧箱”系統(tǒng)。
據(jù)介紹，早在2008年中科院就已對(duì)大氣環(huán)境模擬系統(tǒng)的建設(shè)提出規(guī)劃設(shè)想，在2010年依據(jù)“十二五規(guī)劃”提出申請(qǐng)建設(shè)國(guó)家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施“大氣環(huán)境模擬系統(tǒng)”，雖然未通過(guò)發(fā)改委評(píng)審，但之后至今該系統(tǒng)一直被列為備選項(xiàng)目。
2霧霾實(shí)驗(yàn)室什么用？
初步預(yù)算5億元 研究中國(guó)灰霾治理策略
那么這個(gè)龐大的大氣環(huán)境模擬系統(tǒng)項(xiàng)目需要多少錢(qián)才能完成？
賀泓說(shuō)，整個(gè)項(xiàng)目目前初步預(yù)算需要5億元。據(jù)一位業(yè)內(nèi)人士向華西都市報(bào)記者透露，該項(xiàng)目之所以遲遲未獲批復(fù)，一個(gè)重要原因就是耗資巨大，在評(píng)審層面存在分歧。
不過(guò)該人士認(rèn)為，隨著治理霧霾的緊迫性越來(lái)越強(qiáng)，而該項(xiàng)目的計(jì)劃和目標(biāo)又相對(duì)非常完備，因此“在當(dāng)下這個(gè)時(shí)期很有可能會(huì)獲得批復(fù)或者部分批復(fù)。”
此前，賀泓在多個(gè)場(chǎng)合呼吁，應(yīng)加快建設(shè)大型大氣環(huán)境模擬艙，為我國(guó)大氣環(huán)境研究和灰霾治理提供重要平臺(tái)。
賀泓介紹，目前以歐美為代表的發(fā)達(dá)國(guó)家已建成了多個(gè)大型大氣環(huán)境模擬艙。例如，德國(guó)SAPHIR大氣模擬反應(yīng)室（370立方米）、西班牙EUPHORE煙霧箱（204立方米）、美國(guó)加州UNC煙霧箱（150立方米）等。
賀泓說(shuō)，這些國(guó)家都發(fā)展出了適合本地大氣污染狀況下的空氣質(zhì)量診斷和預(yù)測(cè)模型。其中，歐洲的煙霧箱主要進(jìn)行單一的大氣化學(xué)過(guò)程研究，并驗(yàn)證了多個(gè)大氣化學(xué)機(jī)制；美國(guó)、澳大利亞的煙霧箱則主要用于復(fù)合大氣污染過(guò)程模擬和健康效應(yīng)的研究。
“由于霧霾污染具有明顯的區(qū)域性特征，國(guó)外已有研究成果并不適用于我國(guó)的具體情況。”賀泓強(qiáng)調(diào)，“灰霾研究和控制需要根據(jù)我國(guó)的污染狀況和不同區(qū)域的經(jīng)濟(jì)水平制定不同策略。”
按照賀泓的設(shè)想，大氣環(huán)境模擬系統(tǒng)中的兩個(gè)煙霧箱都是300立方米，如過(guò)建成，將是具有世界先進(jìn)水平的大氣環(huán)境模擬實(shí)驗(yàn)室。也將是世界最大的煙霧箱，“箱子是用來(lái)模擬大氣的，箱子越大，墻壁效應(yīng)越小。”
3霧霾實(shí)驗(yàn)室咋運(yùn)轉(zhuǎn)？
研究二次顆粒形成 建預(yù)測(cè)及控制模型
據(jù)介紹，煙霧箱常用由塑料膜、玻璃、不銹鋼等惰性材料制成的容器來(lái)模擬大氣層。
目前我國(guó)僅有為數(shù)不多的中小型模擬艙。在中科院廣州地球化學(xué)研究所建有30立方米室內(nèi)煙霧箱、中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院大氣所建有50立方米的光化學(xué)煙霧箱、中科院生態(tài)環(huán)境研究中心在北京奧運(yùn)會(huì)期間建設(shè)的4個(gè)6立方米室外煙霧箱，此外，在清華大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程系也擁有目前國(guó)內(nèi)較完備的煙霧箱。
賀泓說(shuō)，我國(guó)中小型模擬艙研究存在諸多局限，受容量、規(guī)模所限，小型煙霧箱無(wú)法真實(shí)再現(xiàn)大氣光化學(xué)反應(yīng)過(guò)程。
賀泓說(shuō)，從目前的情況來(lái)看，我國(guó)亟待建設(shè)符合國(guó)情的大型大氣模擬艙。
據(jù)賀泓介紹，大氣是開(kāi)放體系，而大型煙霧箱是一個(gè)較大的封閉系統(tǒng)，在里面可模擬各種大氣中發(fā)生的反應(yīng)。中國(guó)的這兩個(gè)大型煙霧箱在建成后，將重點(diǎn)研究大氣二次污染顆粒的形成機(jī)制，為評(píng)估污染控制技術(shù)和措施效果、有效控制灰霾污染提供理論依據(jù)。
現(xiàn)階段，氣態(tài)前體污染物如何在大氣中快速轉(zhuǎn)化形成二次細(xì)顆粒物是我國(guó)大氣霧霾研究的前沿和挑戰(zhàn)性科學(xué)問(wèn)題，其中很多轉(zhuǎn)化過(guò)程現(xiàn)在還沒(méi)有完全研究清楚。
因此，賀泓乃至中科院也對(duì)這條他們?cè)O(shè)計(jì)的大氣環(huán)境模擬系統(tǒng)寄予了很高的期望，并制訂了一系列的科研目標(biāo)：擬建大氣環(huán)境模擬系統(tǒng)，以大氣光化學(xué)模擬艙和大氣氣溶膠模擬艙為核心，可模擬我國(guó)實(shí)際大氣污染狀況下的二次污染物形成過(guò)程，揭示大氣二次污染形成機(jī)制，獲得評(píng)價(jià)氣溶膠的氣候和環(huán)境效應(yīng)，并于外場(chǎng)觀察和數(shù)值模擬耦合，形成閉合實(shí)驗(yàn)體系，建立具有我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的大氣污染預(yù)測(cè)、診斷及控制決策模型。形成具有國(guó)際一流水平，集重大科學(xué)問(wèn)題研究、區(qū)域大氣污染控制決策服務(wù)、新興產(chǎn)業(yè)帶動(dòng)于一體的大型綜合平臺(tái)。
全國(guó)布網(wǎng) 追蹤大氣灰霾
中國(guó)科學(xué)院在2012年啟動(dòng)成立了“大氣灰霾追因與控制”課題組，由中科院生態(tài)環(huán)境中心研究院賀泓擔(dān)任首席研究員。
該專(zhuān)項(xiàng)計(jì)劃用5年的時(shí)間，以環(huán)渤海、長(zhǎng)三角、珠三角為研究區(qū)域，闡明區(qū)域灰霾形成的機(jī)制，研發(fā)致霾關(guān)鍵污染物的控制技術(shù)，為控制灰霾污染提供科學(xué)可行的技術(shù)和政策解決方案。
污染元兇:燃煤和機(jī)動(dòng)車(chē)
中科院大氣物理研究所研究員王躍思是“大氣灰霾追因與控制”專(zhuān)項(xiàng)組之“大氣灰霾溯源”項(xiàng)目負(fù)責(zé)人。去年，王躍思的課題組首次發(fā)布報(bào)告“京津冀灰霾中檢出大量危險(xiǎn)有機(jī)化合物”，并引起廣泛關(guān)注。
王躍思說(shuō)，當(dāng)時(shí)席卷中國(guó)中東部地區(qū)的強(qiáng)霾污染物化學(xué)組成，是英國(guó)倫敦1952年煙霧事件和上世紀(jì)40-50年代開(kāi)始的美國(guó)洛杉磯光化學(xué)煙霧事件污染物的混合體，并疊加了中國(guó)特色的沙塵氣溶膠。他認(rèn)為，中國(guó)霧霾出現(xiàn)的大量含氮有機(jī)顆粒物，這就是“洛杉磯上世紀(jì)光化學(xué)煙霧的主要成分之一”，并指出這一“危險(xiǎn)的信號(hào)”。
王躍思介紹，中科院在全國(guó)布設(shè)了由40個(gè)站（點(diǎn)）組成的大氣質(zhì)量聯(lián)合觀測(cè)網(wǎng)，覆蓋了京津冀、長(zhǎng)三角、珠三角等重點(diǎn)區(qū)域，為我國(guó)大氣質(zhì)量開(kāi)展長(zhǎng)期、定位和聯(lián)網(wǎng)觀測(cè)提供精確的科學(xué)數(shù)據(jù)。
通過(guò)多年對(duì)污染較重的京津冀地區(qū)PM2.5的跟蹤調(diào)查，王躍思發(fā)現(xiàn)這些地區(qū)PM2.5主要的來(lái)源均為燃煤、機(jī)動(dòng)車(chē)、工業(yè)和餐飲。其中，河北城市燃煤、機(jī)動(dòng)車(chē)、工業(yè)和餐飲所占份額分別約為44%、14%、9%和8%，天津分別約為25%、21%、18%和6%，北京的則為30%、22%、12%和13%。
王躍思說(shuō)，從數(shù)據(jù)上看，燃煤和機(jī)動(dòng)車(chē)排放是兩大主要污染源，二者在重污染時(shí)段所發(fā)生的作用占到70%以上。
污染顆粒:60%為二次生成
作為“大氣灰霾追因與控制”課題組的首席研究員，賀泓研究的主要領(lǐng)域是二次顆粒物的形成。賀泓說(shuō)，研究發(fā)現(xiàn)在成霾污染過(guò)程中，二次生成細(xì)顆粒物可占PM2.5的60%～70%以上。
PM2.5來(lái)源可分為一次源(直接排放)和二次源(二次生成)。一次源是指污染源直接向大氣中排放顆粒物；二次源則是指污染源排放的氣態(tài)污染物在大氣中經(jīng)過(guò)復(fù)雜的物理化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生顆粒物。
賀泓說(shuō)，硫酸鹽在成霾的過(guò)程中起到了非常重要的作用。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，通常硫酸鹽在大氣PM2.5顆粒中的占比在15%至20%之間。而二次污染生成過(guò)程中，燃煤、重化工、機(jī)動(dòng)車(chē)排放的二氧化硫和氮氧化物等氣體經(jīng)過(guò)大氣氧化作用，也變成硫酸鹽和硝酸鹽顆粒，從而加劇霧霾的發(fā)生。
賀泓說(shuō)，截至目前仍不太清楚某些二次粒子究竟是如何形成的。目前正根據(jù)現(xiàn)有的大氣模擬環(huán)境試驗(yàn)和外場(chǎng)的觀察和數(shù)值模擬進(jìn)行交互驗(yàn)證，形成閉合試驗(yàn)體系。
賀泓表示：“今后，我們要加強(qiáng)大氣新粒子成核機(jī)制，二次粒子形成、增長(zhǎng)和老化機(jī)制的研究，特別是霾形成機(jī)制中的關(guān)鍵過(guò)程。”
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