隨著不斷侵襲而來的灰霾，中國科學技術最高學術機構(gòu)中國科學院的科學家也在不斷努力尋找研究的方法、方式。“應加快建設大型大氣環(huán)境模擬艙，為我國大氣環(huán)境研究和灰霾治理提供重要平臺，”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，建議推進大型煙霧箱的建設。
事實上，賀泓提出的大型煙霧箱建設只是龐大的“大氣環(huán)境模擬系統(tǒng)研究計劃”一個組成部分。按照規(guī)劃，包括兩個大型煙霧箱在內(nèi)，“大氣環(huán)境模擬系統(tǒng)研究計劃”一共由六大系統(tǒng)及其輔助設施構(gòu)成，總投資5億元，規(guī)劃占地50畝。
日前，華西都市報記者在北京舉行的“大氣灰霾追因與控制”科學與技術前沿論壇上，首次看到該系統(tǒng)的總體規(guī)劃圖。
1霧霾實驗室什么樣？
總占地約50畝 六大系統(tǒng)模擬大氣環(huán)境
此前，有外媒報道稱，中國科學家計劃在北京懷柔建設世界最大的“煙霧箱”以模擬灰霾的形成和治理，報道稱項目并已得到批準。
但是該項目的籌備負責人、中科院生態(tài)研究中心研究員賀泓對此明確否認。賀泓說，“煙霧箱”只是中科院一項龐大的大氣環(huán)境模擬系統(tǒng)研究計劃的一個組成部分，目前尚未得到發(fā)改委批復。
今年三月初，在北京舉行的“大氣灰霾追因與控制”科學與技術前沿論壇上，賀泓首次公開展示了大氣環(huán)境模擬系統(tǒng)的總示意圖。
華西都市報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)，分別為大氣光化學模擬艙、大氣氣溶膠模擬艙、檢測系統(tǒng)、數(shù)值模擬系統(tǒng)、超級觀測站、預模擬及輔助設施。
賀泓說，大氣光化學模擬艙和大氣氣溶膠模擬艙俗稱就是“煙霧箱”系統(tǒng)。
據(jù)介紹，早在2008年中科院就已對大氣環(huán)境模擬系統(tǒng)的建設提出規(guī)劃設想，在2010年依據(jù)“十二五規(guī)劃”提出申請建設國家重大科技基礎設施“大氣環(huán)境模擬系統(tǒng)”，雖然未通過發(fā)改委評審，但之后至今該系統(tǒng)一直被列為備選項目。
2霧霾實驗室什么用？
初步預算5億元 研究中國灰霾治理策略
那么這個龐大的大氣環(huán)境模擬系統(tǒng)項目需要多少錢才能完成？
賀泓說，整個項目目前初步預算需要5億元。據(jù)一位業(yè)內(nèi)人士向華西都市報記者透露，該項目之所以遲遲未獲批復，一個重要原因就是耗資巨大，在評審層面存在分歧。
不過該人士認為，隨著治理霧霾的緊迫性越來越強，而該項目的計劃和目標又相對非常完備，因此“在當下這個時期很有可能會獲得批復或者部分批復。”
此前，賀泓在多個場合呼吁，應加快建設大型大氣環(huán)境模擬艙，為我國大氣環(huán)境研究和灰霾治理提供重要平臺。
賀泓介紹，目前以歐美為代表的發(fā)達國家已建成了多個大型大氣環(huán)境模擬艙。例如，德國SAPHIR大氣模擬反應室（370立方米）、西班牙EUPHORE煙霧箱（204立方米）、美國加州UNC煙霧箱（150立方米）等。
賀泓說，這些國家都發(fā)展出了適合本地大氣污染狀況下的空氣質(zhì)量診斷和預測模型。其中，歐洲的煙霧箱主要進行單一的大氣化學過程研究，并驗證了多個大氣化學機制；美國、澳大利亞的煙霧箱則主要用于復合大氣污染過程模擬和健康效應的研究。
“由于霧霾污染具有明顯的區(qū)域性特征，國外已有研究成果并不適用于我國的具體情況。”賀泓強調(diào)，“灰霾研究和控制需要根據(jù)我國的污染狀況和不同區(qū)域的經(jīng)濟水平制定不同策略。”
按照賀泓的設想，大氣環(huán)境模擬系統(tǒng)中的兩個煙霧箱都是300立方米，如過建成，將是具有世界先進水平的大氣環(huán)境模擬實驗室。也將是世界最大的煙霧箱，“箱子是用來模擬大氣的，箱子越大，墻壁效應越小。”
3霧霾實驗室咋運轉(zhuǎn)？
研究二次顆粒形成 建預測及控制模型
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模擬大氣層。
目前我國僅有為數(shù)不多的中小型模擬艙。在中科院廣州地球化學研究所建有30立方米室內(nèi)煙霧箱、中國環(huán)境科學研究院大氣所建有50立方米的光化學煙霧箱、中科院生態(tài)環(huán)境研究中心在北京奧運會期間建設的4個6立方米室外煙霧箱，此外，在清華大學環(huán)境科學與工程系也擁有目前國內(nèi)較完備的煙霧箱。
賀泓說，我國中小型模擬艙研究存在諸多局限，受容量、規(guī)模所限，小型煙霧箱無法真實再現(xiàn)大氣光化學反應過程。
賀泓說，從目前的情況來看，我國亟待建設符合國情的大型大氣模擬艙。
據(jù)賀泓介紹，大氣是開放體系，而大型煙霧箱是一個較大的封閉系統(tǒng)，在里面可模擬各種大氣中發(fā)生的反應。中國的這兩個大型煙霧箱在建成后，將重點研究大氣二次污染顆粒的形成機制，為評估污染控制技術和措施效果、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)化形成二次細顆粒物是我國大氣霧霾研究的前沿和挑戰(zhàn)性科學問題，其中很多轉(zhuǎn)化過程現(xiàn)在還沒有完全研究清楚。
因此，賀泓乃至中科院也對這條他們設計的大氣環(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：擬建大氣環(huán)境模擬系統(tǒng)，以大氣光化學模擬艙和大氣氣溶膠模擬艙為核心，可模擬我國實際大氣污染狀況下的二次污染物形成過程，揭示大氣二次污染形成機制，獲得評價氣溶膠的氣候和環(huán)境效應，并于外場觀察和數(shù)值模擬耦合，形成閉合實驗體系，建立具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)的大氣污染預測、診斷及控制決策模型。形成具有國際一流水平，集重大科學問題研究、區(qū)域大氣污染控制決策服務、新興產(chǎn)業(yè)帶動于一體的大型綜合平臺。
全國布網(wǎng) 追蹤大氣灰霾
中國科學院在2012年啟動成立了“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任首席研究員。
該專項計劃用5年的時間，以環(huán)渤海、長三角、珠三角為研究區(qū)域，闡明區(qū)域灰霾形成的機制，研發(fā)致霾關鍵污染物的控制技術，為控制灰霾污染提供科學可行的技術和政策解決方案。
污染元兇:燃煤和機動車
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”專項組之“大氣灰霾溯源”項目負責人。去年，王躍思的課題組首次發(fā)布報告“京津冀灰霾中檢出大量危險有機化合物”，并引起廣泛關注。
王躍思說，當時席卷中國中東部地區(qū)的強霾污染物化學組成，是英國倫敦1952年煙霧事件和上世紀40-50年代開始的美國洛杉磯光化學煙霧事件污染物的混合體，并疊加了中國特色的沙塵氣溶膠。他認為，中國霧霾出現(xiàn)的大量含氮有機顆粒物，這就是“洛杉磯上世紀光化學煙霧的主要成分之一”，并指出這一“危險的信號”。
王躍思介紹，中科院在全國布設了由40個站（點）組成的大氣質(zhì)量聯(lián)合觀測網(wǎng)，覆蓋了京津冀、長三角、珠三角等重點區(qū)域，為我國大氣質(zhì)量開展長期、定位和聯(lián)網(wǎng)觀測提供精確的科學數(shù)據(jù)。
通過多年對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主要的來源均為燃煤、機動車、工業(yè)和餐飲。其中，河北城市燃煤、機動車、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，從數(shù)據(jù)上看，燃煤和機動車排放是兩大主要污染源，二者在重污染時段所發(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，賀泓研究的主要領域是二次顆粒物的形成。賀泓說，研究發(fā)現(xiàn)在成霾污染過程中，二次生成細顆粒物可占PM2.5的60%～70%以上。
PM2.5來源可分為一次源(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)過復雜的物理化學反應產(chǎn)生顆粒物。
賀泓說，硫酸鹽在成霾的過程中起到了非常重要的作用。監(jiān)測數(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。而二次污染生成過程中，燃煤、重化工、機動車排放的二氧化硫和氮氧化物等氣體經(jīng)過大氣氧化作用，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，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)境試驗和外場的觀察和數(shù)值模擬進行交互驗證，形成閉合試驗體系。
賀泓表示：“今后，我們要加強大氣新粒子成核機制，二次粒子形成、增長和老化機制的研究，特別是霾形成機制中的關鍵過程。”
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