贺泓-浅谈大气灰霾追因与控制-中国环境监测总站--10-30_精品文档.pptx

1、浅谈浅谈大气大气灰霾追因与控制灰霾追因与控制报告人：贺泓报告人：贺泓中国科学院生态环境研究中心中国科学院生态环境研究中心大气污染控制中心大气污染控制中心中国环境监测总站，北京，中国环境监测总站，北京，2014-10-302 2提提 纲纲u雾、霾（灰霾）雾、霾（灰霾）u霾：科学上的已知和未知霾：科学上的已知和未知u历史和研究的历史和研究的启示启示 为什么霾为什么霾天这么频繁天这么频繁？u科学控制霾污染科学控制霾污染 广州,2010.12.194 4在气温接近露点时，空气中的水气便会凝结成细微的水滴悬浮于空中，使地面水平的能见度下降的天气现象。u核心物质：水滴（粒径较大）核心物质：水滴（粒径较大）

2、u正常天气现象正常天气现象u产生产生原因：气温降低，水汽凝结原因：气温降低，水汽凝结u持续时间：一般几个小时持续时间：一般几个小时u核心物质：颗粒物核心物质：颗粒物PM2.5（细颗粒）（细颗粒）u污染现象污染现象u产生原因：颗粒物浓度高，吸湿产生原因：颗粒物浓度高，吸湿u持续时间：可长达几天持续时间：可长达几天大量极细微的干尘粒等均匀地浮游在空中，使水平能见度小于10.0 km的空气普遍浑浊现象。雾和霾雾霾（灰霾）雾霾？霾霾：大量极细微的干尘粒等均匀地浮游在空中，使水平能见度小于10.0 km的空气普遍浑浊现象。霾观测的判识条件能见度0.3 微米)？新生粒子霾对人体健康的影响霾对人体健康的影响

3、灰霾与呼吸道疾病的关系灰霾与呼吸道疾病的关系不同灰霾类型与疾病的关系不同灰霾类型与疾病的关系肺癌支气管炎哮喘呼吸道疾病心血管疾病细粒子进入呼吸系统细粒子进入呼吸系统细粒子进入血液系统细粒子进入血液系统霾的健康效应霾的健康效应PM2.5危害危害呼吸道疾病、肺癌高度相关呼吸道疾病、肺癌高度相关 PM2.5可直接进入肺泡和血管，引发呼吸道和心血管疾病。世卫组织:“室外空气污染”列为一类致癌物，并将它视为至今为止“最广泛传播的致癌物”。世界卫生组织在2005年版空气质量准则中指出：当PM2.5年均浓度达到每立方米35微克时，人的死亡风险比每立方米10微克的情形约增加15%。定量关系研究：颗粒物(PM1

4、0)的短期暴露浓度每增加10 g/m3（24 小时均值），死亡率增加0.4%-0.6%（Katsouyanni et al.,2001;Samet et al.,2000；Cohen et al.,2004；HEI 国际监督委员会，2004）世卫组织：很少有证据提供颗粒物的阈值，低浓度的颗粒物暴露也会产生健康危害效应(2005)。国家标准2013年全国74个城市PM2.5年日均浓度分布清华大学贺克斌中国中国86个城市近个城市近5亿人受到霾天气影响亿人受到霾天气影响首要污染物：细粒子首要污染物：细粒子清华大学郝吉明院士清华大学郝吉明院士l中国是全球中国是全球细粒子细粒子污染最污染最严重严重的的地

5、区地区中国中国PM2.5浓度：浓度：60-90g/m3经济发达地区超过经济发达地区超过100g/m3l长三角、珠三角、京津冀长三角、珠三角、京津冀等地尤等地尤为严重为严重Environ.Health.Perspect.2010,118.灰霾制约中国经济发展灰霾制约中国经济发展1313提提 纲纲u雾、霾（灰霾）雾、霾（灰霾）u霾：科学上的已知和未知霾：科学上的已知和未知u历史和研究的历史和研究的启示启示 为什么霾为什么霾天这么频繁天这么频繁？u科学控制霾污染科学控制霾污染 霾污染源污染源工业交通建筑城市面源农业养殖生物质燃烧沙尘气象流场与大气边界层结构物物理理过过程程化化学学过过程程扩散扩散碰并

6、碰并吸湿增长吸湿增长溶胀溶胀均相光化学均相光化学气粒转化气粒转化非均相化学非均相化学水解水解消光细细粒粒子子霾成因的复杂性霾成因的复杂性：气象气象是是外因外因，污染污染是是内因内因目前对于霾形成的基本认识为：在特定的气象条件下，各种源排放的污染物，经过一系列物理、化学过程，形成细粒子，并与水汽相互作用导致大气消光。大大气气细细粒粒子子化化学学组组成成特征特征Science,2009,326,1525 硫酸盐硫酸盐 硝酸盐硝酸盐 铵盐铵盐 有机气溶胶有机气溶胶北京北京l大气细粒子中大气细粒子中硫酸盐、硝酸硫酸盐、硝酸盐、铵盐和二盐、铵盐和二次有机气溶胶次有机气溶胶的贡献都非常的贡献都非常显著显著

7、日本日本硫酸盐硫酸盐 欧洲欧洲有机气溶胶为主有机气溶胶为主中国细粒子组成中国细粒子组成(相对含量相对含量)明显不同于其他国家和地区，成因不同明显不同于其他国家和地区，成因不同1616北京北京PM2.5组成组成(北京地区1999-2009年平均)Yang et al,Atmos.Chem.Phys.,2011,11,5207-5219*大气转化过程复杂：不确定性和争议来源硫酸盐（10-30%）硝酸盐（10-15%）铵盐（10-15%）其他（10-15%）有机物（20-50%）1717挥发性有机物挥发性有机物VOCsSOA氮氧化物氮氧化物NOxO3硝酸盐硝酸盐(Nitrate)二氧化硫二氧化硫SO

8、2硫酸盐硫酸盐(Sulfate)氨氨NH3铵盐铵盐(Ammonia)OHNO3HO2RO2.（二次有机颗粒物）（二次无机颗粒物SIA）二次生成过程hvhv污染气体在大气中转化为二次颗粒物的过程污染气体在大气中转化为二次颗粒物的过程 植物排放燃煤、工业交通排放生物质燃烧农业活动排放源排放源气体污染物气体污染物二次颗粒物二次颗粒物大气氧化性大气氧化性SNA气候棕色云酸雨灰霾健康对流传输扩散对流传输扩散NO2NOHNO3OHRO2,HO2VOCsSO2H2SO4H2O2O3N2O5hvNH4+NO3-2SO4-NH3大气化学反应大气化学反应二次无机颗粒物二次无机颗粒物SNA污污染染源源排排放放二次有

9、机颗粒物二次有机颗粒物SOA一次颗粒物一次颗粒物(如矿尘、如矿尘、BC）界面反应；内混界面反应；内混二次颗粒物来源的复杂性二次颗粒物来源的复杂性成分多样，来源复杂成分多样，来源复杂 lPM2.5及其前体物来源（从哪儿来？复杂多渠道）机动车：油品？发动机燃烧？尾气净化？燃煤：煤质？燃烧过程？烟气净化?工业过程？农业过程？餐饮？自然过程？l如何形成灰霾？(二次生成过程)气粒转化+非均相化学+气象条件+霾？霾？l区域差别？排放源差异？污染物时空变化？地理-气象条件？l如何控制？源头控制减排方法治理技术控制方案政策、法规关键科技问题（亟需回答的问题）关键科技问题（亟需回答的问题）源清单贡献度2020中

10、科院灰霾专项总体中科院灰霾专项总体研究方案研究方案追因追因控制控制溯源溯源控制技术控制技术设备研发支撑2121灰霾专项预期成果及其产生的影响灰霾专项预期成果及其产生的影响酸雨酸雨光化学光化学烟雾烟雾灰霾灰霾 环境问题环境问题科学问题科学问题SO2和NOx的大气氧化产生H2SO4、HNO3NOx和VOCs非线性光氧化过程产生O3等等复合大气过程及细粒子细粒子消光控制策略控制策略政策法规政策法规大气污染防治法(1987)第三章 防治燃煤产生的大防治燃煤产生的大气污染气污染环保部(局)1996年修正SO2的二、三级排放标准大气污染防治法(2000)第四章 防治机动车船排放防治机动车船排放污染污染环保

11、部(局)2007年国III、2010年国IV排放标准实施脱硫脱硝支撑立法支撑立法支撑立法支撑立法支撑标准制定支撑标准制定支撑标准制定支撑标准制定SO2关键污染物关键污染物NOxVOCs明确关键污明确关键污明确关键污明确关键污染物和来源染物和来源染物和来源染物和来源上世纪70年代上世纪70年代当前七五、八五重点科技攻关北京大学环境科学与工程学院、兰州大学等十二五(重大专项)等提出调控策略提出调控策略提出调控策略提出调控策略提供控制技术提供控制技术提供控制技术提供控制技术20年30年10年2222提提 纲纲u雾、霾（灰霾）雾、霾（灰霾）u霾：科学上的已知和未知霾：科学上的已知和未知u历史和研究的历

12、史和研究的启示启示 为什么霾为什么霾天这么频繁天这么频繁？u科学控制霾污染科学控制霾污染 Science,2009,323,1468-1470洛杉矶 中国全球南亚北亚北美欧洲非洲澳洲南美伊斯兰堡吉隆坡1975-2007年间区域和全球大气气溶胶光学厚度变化趋势大气能见度是大气能见度是全球性的环境问题全球性的环境问题2424发达国家的空气污染仍未根治3月巴黎雾霾污染：大气中PM2.5和PM10指数连续数日严重超标3月14日PM10浓度高达180g/m3(http:/ 3.14-3.16单双号限行 3.17-3.182525数据来源：世界银行WDI数据库19501955196019651970197

13、5198019851990199520002005201020110102030405060708090100中国美国英国法国德国意大利主要国家城镇化率%我国处在城镇化快速发展时期，短时间内污染问题难以彻底解决我国处在城镇化快速发展时期，短时间内污染问题难以彻底解决 2626伦敦烟雾伦敦烟雾事件：事件：燃煤污染（燃煤污染（TSP+SO2）TSP 4.46 mg/m3;SO2 3.8 mg/m3；也也有有报报道道TSP 1.6 mg/m3;SO2 1.8 mg/m3。2Fe3+(aq)+SO2(g)+2H2OH2SO4(g)+2Fe2+(aq)+2H+(aq)历史上发达国家的空气污染历史上发达国

14、家的空气污染伦敦烟雾事件-雾都伦敦？燃煤污染！（1952年事件）后果：u总计大烟雾期间死亡4,000余人。另有诸多老人和儿童为慢性病患者。其后数周间又有8,000余人死亡，合计死者数达12,000人以上。原因：u高气压覆盖英国全境上空，u伦敦城民煤炭取暖、火力发电厂、内燃机车产生的亚硫酸（二氧化硫）等大气污染物质u产生异常高浓度的亚硫酸气体和悬浮颗粒浓度2727u1951年，洛杉矶还有一项创新之举邀人见人爱的海伦斯坦利出任“驱除烟雾小姐”。u1952年，哈根-史密特发现石油挥发物(碳氢化合物)同二氧化氮或空气中的其他成分一起，在紫外线作用下，会产生一种有刺激性的有机化合物（过氧乙酰硝酸酯，PA

15、N），这就是洛杉矶烟雾产生危害的重要二次污染物。斯密特由此被称为“烟雾之父”。洛杉矶光化学烟雾-日本人的化学武器？机动车污染！u1943年，洛杉矶县管理部门率先任命了一个烟雾委员会来研究这一问题。u1947年，加州州长厄尔沃伦签署法案成立“洛杉矶空气污染控制区”。只是将矛头对准那些显而易见的污染源。排放烟尘的工厂、产生二氧化硫的炼油厂、排放氮氧化物的电厂、垃圾焚烧厂，甚至动物粪便处理厂都在管控之列。这场“烟雾之战”还深入到农民的果园和市民的后院。过氧乙酰硝酸酯，PAN历史上发达国家的空气污染历史上发达国家的空气污染2828洛杉矶光化学烟雾：机动车污染洛杉矶光化学烟雾：机动车污染(O3)O3最高

16、最高1360 g/m3NO2+hv NO+OO2+O O3ROO+NO NO2+ROROO+NO2 ROONO2 历史上发达国家的空气污染历史上发达国家的空气污染洛杉矶光化学烟雾-机动车污染后果：u1952年12月的一次光化学烟雾事件中，洛杉矶市65岁以上的老人死亡400多人。u1955年9月，由于大气污染和高温，短短两天之内，65岁以上的老人又死亡400余人，许多人出现眼睛痛、头痛、呼吸困难等症状。原因：u洛杉矶在40年代就拥有250万辆汽车，每天大约消耗1100吨汽油，排出1000多吨碳氢（CH）化合物，300多吨氮氧（NOx）化合物，700多吨一氧化碳（CO）u炼油厂、供油站等其他石油燃烧排放u碳氢化合物和二氧化氮（NO2）等发生光化学反应，产生光化学烟雾。2929为什么我国灰霾发生越来越频繁？为什么我国灰霾发生越来越频繁？全球气候变化（外因变化）全球气候变化（外因变化）气象条件有向易形成重污染的方向转化的趋势?（极地升温、冷空气活动减弱、季风减弱、湿度增加）大气复合污染造成灰霾发生越来越频繁（内因加重）大气复合污染造成灰霾发生越来越频繁（内因加重）大气复合污染条件下，大气氧化性