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來源：新京報（北京）
近年來，霧霾進(jìn)入公眾視野，PM2.5指數(shù)和溫度一樣，成為人們每天出門前必須考察的“項目”，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，近幾年中國科學(xué)家取得了不少成果，但霧霾成因一直是存在爭議、不易攻克的難題。
近日，復(fù)旦大學(xué)王琳科研團隊，在這個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？他的團隊把這件事解釋清楚了。
該科研團隊發(fā)現(xiàn)并證實了我國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)機制。這為我國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？
工廠汽車等排出的氣態(tài)污染物轉(zhuǎn)變成的固體顆粒物
很多人認(rèn)為，工廠和汽車尾氣排放是造成PM2.5顆粒物污染的主要原因之一，這其實是由人類活動或者自然活動所帶來的大氣顆粒物直接排放，在研究者的“術(shù)語”中被稱為“一次排放”。除了“一次排放”，空氣中還時常發(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程。人類活動排放的大量氣態(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的重要來源。
“范圍內(nèi)，二次顆粒物貢獻(xiàn)率在20%-80%之間，在我國中東部地區(qū)常常高達(dá)60%，在成霾時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)展報告》指出。
王琳介紹，相較于“一次排放”，“二次形成”的過程較為復(fù)雜。其形成過程大致分為兩種：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’的過程，研究城市空氣中的大氣新粒子是怎么形成的。”王琳說。
“二次形成”讓大氣中顆粒物“變多”的過程，就是大氣中部分氣體分子隨機碰撞，通過分子間作用力或化學(xué)鍵生成分子團簇，分子團簇的進(jìn)一步生長則形成納米微細(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，則造成PM2.5污染。
但具體到大氣新粒子形成事件的化學(xué)與物理機制，一直是一個未解之謎。
【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
這個未解之謎，是大氣化學(xué)研究領(lǐng)域的難點之一。
王琳表示，通過測量3納米以下顆粒物濃度來判斷是否發(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程相關(guān)的氣態(tài)前體物和分子團簇的化學(xué)組分測出來，再識別其中哪些分子和分子團簇對這一事件有著比較直接相關(guān)的貢獻(xiàn)。“從測量到識別再到形成機制的推導(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)，王琳團隊針對這一難題在上海開展了長達(dá)兩年的連續(xù)大氣觀測，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間，完成對收集來的海量數(shù)據(jù)的系統(tǒng)整理和深入分析。
后，團隊發(fā)現(xiàn)并證實硫酸-二甲胺-水三元成核機制，可用于解釋我國典型城市大氣中的大氣新粒子形成事件。
對于這項工作，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，一個是硫酸分子，另一個是二甲胺分子，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)對治霾有何幫助？
針對性地控制化學(xué)物種，降低顆粒物濃度
在中國典型的城市環(huán)境中，除了加強對污染物一次排放的監(jiān)測和管理，對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，得益于此項研究中提出的化學(xué)機制，參與大氣新粒子形成過程中的關(guān)鍵化學(xué)物種將得到更有針對性的控制，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，從更大維度來看，將這一機制運用于氣候模式中，能更好地模擬大氣顆粒物乃至云凝結(jié)核的數(shù)目，更好地理解整個地球的氣候變化趨勢。
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)機制框架下，能進(jìn)一步明確我國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)與物理重點實驗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氣溶膠的定量貢獻(xiàn)：二次氣溶膠對PM2.5均貢獻(xiàn)為30%-77%，這是發(fā)現(xiàn)二次反應(yīng)對重霾的作用。
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)機制。
該研究發(fā)現(xiàn)，在我國華北地區(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wu院常務(wù)會上，李克強重申要切實把霧霾成因機理搞清楚，確定開展由環(huán)保部牽頭，科技、中科院、高校、農(nóng)業(yè)、工信等多部門和單位協(xié)作的“集中攻關(guān)”。
