随着供暖季节的到来，霾又开始持续笼罩中国北方的大部分城市，很多人开始戴着口罩出行，并在家中安装空气净化器，呼吸道疾病的发病人数也开始增加。北京大学环境科学与工程学院环境模拟与污染控制国家重点实验室胡敏教授和德州农工大学大气科学系教授张人一带领的研究团队，对中国城市霾的发生规律和成因进行了深入研究。
研究者发现，北京空气中的颗粒物浓度有明显的周期性变化，其中气象条件发挥了很大作用；研究者还探究了颗粒物形成的具体机制，提出其主要原因在于北京有大量的气态污染物，包括来自城区交通排放的大量挥发性有机物、氮氧化物，以及周边工业生产排放的大量二氧化硫（SO2）。研究论文[1]于11月25日发表在《美国科学院院刊》。果壳网科学人就此对论文第一作者，德州农工大学大气科学系博士郭松进行了采访。
PM2.5，又叫细颗粒物，是指直径小于2.5微米的颗粒物。研究者在2013年9月25日到11月14日期间，对北京的PM2.5浓度进行了监测，发现霾天有着明显的周期性。虽然我们常说“雾霾”，但实际上霾不同于雾，雾是一种自然现象，是水气凝结形成的，在发生时湿度很高；但霾是一种大气污染现象，化学成分明显有别于水，包括有机物、无机物、和矿物质等，且形成时湿度未必很高。北京发生的主要是霾，而非雾。郭松向科学人介绍说：“北京霾从开始到结束一般以4-7天为一个周期，每个循环包括清洁阶段、中间的过渡阶段和最后的污染阶段。在清洁阶段，风向主要是来自清洁地区的北风，且风速较大，因此PM2.5浓度很低；而在随后的2-4天，风向转为从污染地区而来的南风，风速很低甚至静风，因此有利于污染物的生成。”
北京空气中PM2.5的质量浓度随时间呈现明显的周期性变化。图片来源：研究论文
大气中的气溶胶根据来源可以分为一次气溶胶和二次气溶胶。前者是以颗粒物形式直接从污染源排放到大气中的污染物，其来源包括由化石燃料燃烧、道路扬沙、风沙或工厂排放；而从污染源排放到大气中的气态或颗粒态污染物，通过化学变化转化之后形成的气溶胶就是二次气溶胶。郭松告诉我们，城区交通排放的大量挥发性有机物（VOCs）、氮氧化物（NOx）和周边工业生产排放的大量二氧化硫（SO2），在经过光化学氧化后生成的二次气溶胶，为霾的形成做出了很大贡献。APEC期间，北京采取了多项治理空气的措施，包括机动车单双号限行、关停周边工厂等，对于这些措施发挥的作用，郭松表示，北京地区的颗粒物是在北京地区本地生成的，因此城市地区交通排放的气体污染物对颗粒物的形成贡献最大。因此他们认为APEC期间限行的贡献更大，但是工业排放的降低也很大程度减少了颗粒物的形成。因此对于近期热议的单双号限行成为常态一事，仅从治理霾的角度考虑，将会发挥巨大的积极作用。
交通排放的气体污染物，包括挥发性有机物（VOCs）和氮氧化物（NOx），通过化学变化会形成二次气溶胶，为霾的形成做出了很大贡献。图片来源：alternatifenerji.com
这次研究还从机理上揭示了北京霾的成因，表明颗粒物的形成可分为两个阶段，即成核和增长。此外，研究还解释了北京的颗粒物污染为什么比世界其他地区要严重。郭松指出：“北京霾的形成的根本原因是颗粒物有效的成核和快速与持续的增长过程，这明显有别于世界其他地区。成核过程在世界上许多地区也会发生，但北京成核的潜力远高于其他地区——北京只要是清洁天基本都会发生，由此而产生大量的纳米级颗粒物。更为独特的是颗粒物的增长过程，使得成核产生的纳米颗粒物可以快速且持续地增长，成为高浓度的大颗粒物，因此形成灰霾。在国外发达地区，这两种有效过程很少会同时发生。造成这种现象的根本原因在于北京有大量的气态污染物，其浓度远高于发达国家城市。”
在谈及如何治理北京的霾问题时，郭松表示，关键步骤在于减少由内燃车和工业排放的气态污染物。他指出：“重点是控制气态污染物的排放，其中减少城市地区交通源排放的挥发性有机物、氮氧化物和区域工业源排放的二氧化硫是关键。城市地区应该大力减少汽车和柴油车数量，鼓励使用自行车、电动车与公共交通。排放标准应大幅度提高，取缔高排放车辆，并且从技术上减少现有车辆排放的挥发性有机物和氮氧化物等。”另外，很多生活在“首堵”的人深有体会道路拥堵也是造成高排放的原因。
而在工业排放方面，郭松认为，大型企业相对容易管理，但是目前的排放标准仍然远远不够；更为严重的是效率低、排放高的小型企业，国家必须改进或取缔这些重污染企业。另外，想要在保持经济合理发展的情况下，尽可能降低污染排放，最重要的还是要改进污染物处理技术，以及提高排放标准。（编辑：Calo）
参考文献：
- Guo, Song, et al. "Elucidating severe urban haze formation in China."Proceedings of the National Academy of Sciences (2014): 201419604.