世界最大霧霾實(shí)驗室總體規劃揭秘

　　隨著(zhù)不斷侵襲而來(lái)的灰霾，中國科學(xué)技術(shù)最高學(xué)術(shù)機構中國科學(xué)院的科學(xué)家也在不斷努力尋找研究的方法、方式�！皯�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(jìn)大型煙霧箱的建設。

　　事實(shí)上，賀泓提出的大型煙霧箱建設只是龐大的“大氣環(huán)境模擬系統研究計劃”一個(gè)組成部分。按照規劃，包括兩個(gè)大型煙霧箱在內，“大氣環(huán)境模擬系統研究計劃”一共由六大系統及其輔助設施構成，總投資5億元，規劃占地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(xué)與技術(shù)前沿論壇上，首次看到該系統的總體規劃圖。

　　霧霾實(shí)驗室什么樣?

　　總占地約50畝 六大系統模擬大氣環(huán)境

　　此前，有外媒報道稱(chēng)，中國科學(xué)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(chēng)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(shuō)，“煙霧箱”只是中科院一項龐大的大氣環(huán)境模擬系統研究計劃的一個(gè)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(xué)與技術(shù)前沿論壇上，賀泓首次公開(kāi)展示了大氣環(huán)境模擬系統的總示意圖。

　　華西都市報記者從這幅總示意圖發(fā)現，系統內的核心建筑群呈扇形分布，根據規劃大氣環(huán)境模擬系統總占地約有50畝，其中共包括六大子系統，分別為大氣光化學(xué)模擬艙、大氣氣溶膠模擬艙、檢測系統、數值模擬系統、超級觀(guān)測站、預模擬及輔助設施。

　　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。

　　據介紹，早在2008年中科院就已對大氣環(huán)境模擬系統的建設提出規劃設想，在2010年依據“十二五規劃”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”，雖然未通過(guò)發(fā)改委評審，但之后至今該系統一直被列為備選項目。

　　霧霾實(shí)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(gè)龐大的大氣環(huán)境模擬系統項目需要多少錢(qián)才能完成?

　　賀泓說(shuō)，整個(gè)項目目前初步預算需要5億元。據一位業(yè)內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(gè)重要原因就是耗資巨大，在評審層面存在分歧。

　　不過(guò)該人士認為，隨著(zhù)治理霧霾的緊迫性越來(lái)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(gè)時(shí)期很有可能會(huì )獲得批復或者部分批復�！�

　　此前，賀泓在多個(gè)場(chǎng)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(gè)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(shuō)，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(jìn)行單一的大氣化學(xué)過(guò)程研究，并驗證了多個(gè)大氣化學(xué)機制;美國、澳大利亞的煙霧箱則主要用于復合大氣污染過(guò)程模擬和健康效應的研究。

　　“由于霧霾污染具有明顯的區域性特征，國外已有研究成果并不適用于我國的具體情況�！辟R泓強調，“灰霾研究和控制需要根據我國的污染狀況和不同區域的經(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，墻壁效應越小�！�

　　霧霾實(shí)驗室咋運轉?

　　研究二次顆粒形成 建預測及控制模型

　　據介紹，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。

　　目前我國僅有為數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立方米室內煙霧箱、中國環(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會(huì )期間建設的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內較完備的煙霧箱。

　　賀泓說(shuō)，我國中小型模擬艙研究存在諸多局限，受容量、規模所限，小型煙霧箱無(wú)法真實(shí)再現大氣光化學(xué)反應過(guò)程。

　　賀泓說(shuō)，從目前的情況來(lái)看，我國亟待建設符合國情的大型大氣模擬艙。

　　據賀泓介紹，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，在里面可模擬各種大氣中發(fā)生的反應。中國的這兩個(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制，為評估污染控制技術(shù)和措施效果、有效控制灰霾污染提供理論依據。

　　現階段，氣態(tài)前體污染物如何在大氣中快速轉化形成二次細顆粒物是我國大氣霧霾研究的前沿和挑戰性科學(xué)問(wèn)題，其中很多轉化過(guò)程現在還沒(méi)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，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制，獲得評價(jià)氣溶膠的氣候和環(huán)境效應，并于外場(chǎng)觀(guān)察和數值模擬耦合，形成閉合實(shí)驗體系，建立具有我國自主知識產(chǎn)權的大氣污染預測、診斷及控制決策模型。形成具有國際一流水平，集重大科學(xué)問(wèn)題研究、區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。

　　全國布網(wǎng) 追蹤大氣灰霾

　　中國科學(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任首席研究員。

　　該專(zhuān)項計劃用5年的時(shí)間，以環(huán)渤海、長(cháng)三角、珠三角為研究區域，闡明區域灰霾形成的機制，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(guān)注。

　　王躍思說(shuō)，當時(shí)席卷中國中東部地區的強霾污染物化學(xué)組成，是英國倫敦1952年煙霧事件和上世紀40-50年代開(kāi)始的美國洛杉磯光化學(xué)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，中國霧霾出現的大量含氮有機顆粒物，這就是“洛杉磯上世紀光化學(xué)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(gè)站(點(diǎn))組成的大氣質(zhì)量聯(lián)合觀(guān)測網(wǎng)，覆蓋了京津冀、長(cháng)三角、珠三角等重點(diǎn)區域，為我國大氣質(zhì)量開(kāi)展長(cháng)期、定位和聯(lián)網(wǎng)觀(guān)測提供精確的科學(xué)數據。

　　通過(guò)多年對污染較重的京津冀地區PM2.5的跟蹤調查，王躍思發(fā)現這些地區PM2.5主要的來(lái)源均為燃煤、機動(dòng)車(chē)、工業(yè)和餐飲。其中，河北城市燃煤、機動(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)，從數據上看，燃煤和機動(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)現在成霾污染過(guò)程中，二次生成細顆粒物可占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)復雜的物理化學(xué)反應產(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。監測數據顯示，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。目前正根據現有的大氣模擬環(huán)境試驗和外場(chǎng)的觀(guān)察和數值模擬進(jìn)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(cháng)和老化機制的研究，特別是霾形成機制中的關(guān)鍵過(guò)程�！�