隨著不斷侵襲而來的灰霾，中國科學(xué)技術(shù)最高學(xué)術(shù)機構(gòu)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。“應(yīng)加快建設(shè)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(shè)。

事實上，賀泓提出的大型煙霧箱建設(shè)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(shè)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(xué)與技術(shù)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(xué)家計劃在北京懷柔建設(shè)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(zhǔn)。

但是該項目的籌備負(fù)責(zé)人、中科院生態(tài)研究中心研究員賀泓對此明確否認(rèn)。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(fù)。

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(xué)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(yù)模擬及輔助設(shè)施。

賀泓說，大氣光化學(xué)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(shè)提出規(guī)劃設(shè)想，在2010年依據(jù)“十二五規(guī)劃”提出申請建設(shè)國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)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(yù)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(yù)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(fù)，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(rèn)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(biāo)又相對非常完備，因此“在當(dāng)下這個時期很有可能會獲得批復(fù)或者部分批復(fù)。”

此前，賀泓在多個場合呼吁，應(yīng)加快建設(shè)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(dá)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(yīng)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(yù)測模型。其中，歐洲的煙霧箱主要進(jìn)行單一的大氣化學(xué)過程研究，并驗證了多個大氣化學(xué)機制；美國、澳大利亞的煙霧箱則主要用于復(fù)合大氣污染過程模擬和健康效應(yīng)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(shè)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(jìn)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(yīng)越小。”

3霧霾實驗室咋運轉(zhuǎn)？

研究二次顆粒形成建預(yù)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(xué)研究所建有30立方米室內(nèi)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期間建設(shè)的4個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(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(xué)反應(yīng)過程。

賀泓說，從目前的情況來看，我國亟待建設(shè)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(yīng)。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(shù)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(xì)顆粒物是我國大氣霧霾研究的前沿和挑戰(zhàn)性科學(xué)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(shè)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(biāo)：擬建大氣環(huán)境模擬系統(tǒng)，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(yīng)，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(yù)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)問題研究、區(qū)域大氣污染控制決策服務(wù)、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(xué)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(dān)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(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(fù)責(zé)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，當(dāng)時席卷中國中東部地區(qū)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(jì)40-50年代開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(rèn)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(jì)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(shè)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(xué)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(lǐng)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(xì)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(fù)雜的物理化學(xué)反應(yīng)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(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、增長和老化機制的研究，特別是霾形成機制中的關(guān)鍵過程。”

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