《PNAS》揭示汽車尾氣導致霧霾形成的原因

北京大學環境科學與工程學院胡敏教授、郭松研究員課題組與美國德州A&M大學張人一教授和彭劍飛博士開展合作研究,

揭示機動車尾氣的光化學氧化促進大氣新粒子生成,進而導致我國城市地區霾的形成。研究顯示,我國大氣複合汙染條件下,大氣具有很強的超細顆粒物生成潛勢,而機動車尾氣排放的大量揮發性有機物是造成大量超細顆粒物生成和增長的元兇。研究還進一步指出,單方面控制一次顆粒物的排放反而會促進超細顆粒物的生成,造成嚴重的顆粒物汙染,甚至可能對人體健康危害更大。


該成果由北京大學環境模擬與汙染控制國家重點實驗室大氣化學研究團隊的胡敏教授、郭松研究員、吳志軍研究員、曾立民教授和美國Texas A&M University張人一教授團隊、清華大學汽車與安全國家重點實驗室帥石金教授研究團隊等通力合作完成,得到國家自然科學基金和科技部國家重點研發計劃資助。成果於北京時間2月4日發表在美國著名科學期刊《美國科學院院報》(Proceedings of the National Academy of the Sciences of the United States of America,縮寫PNAS)上。


論文鏈接:

https://www.pnas.org/content/early/2020/01/28/1916366117

《PNAS》揭示汽車尾氣導致霧霾形成的原因

機動車尾氣導致城市大氣中顯著的新粒子生成和增長


大氣中粒徑小於100nm的顆粒物被稱為超細顆粒物,這些超細顆粒物主要來自大氣中氣態汙染物經過光化學反應生成,這一過程被稱為“新粒子生成”。該團隊前期的研究表明,城市地區新粒子生成過程產生了大量的納米級粒子,數量可以達到每立方厘米100萬個,這些納米級顆粒物進一步增長是我國霾形成的重要原因。新粒子生成機制極其複雜,因時因地存在差別。由於新生成的粒子是納米量級的,其氣態前體物有機物的測定難度大,如何在真實環境大氣中追蹤新粒子生產過程,並給出直接的證據,是當今國際大氣環境化學領域具有挑戰性的前沿科學問題。


該成果是研究團隊2014年PNAS上發表的新粒子生成和持續增長是我國霾形成機制基礎上的深化研究,以新的視角探究城市地區普遍存在機動車排放與新粒子生成的關聯。研究團隊開發了一套“準實際”大氣煙霧箱模擬系統,在線追蹤真實大氣條件下新粒子生成的化學轉化過程。

通過同步測量實際大氣和“準實際”大氣煙霧箱中氣態汙染物和超細顆粒物的理化特徵,揭示新粒子生成和增長的參數特徵、化學機制和限制因素,發現機動車排放揮發性有機物是新粒子生成重要前體物。


進一步利用清華大學汽車與安全國家重點實驗室的機動車排放模擬平臺結合煙霧箱模擬,驗證機動車排放對新粒子生成的作用。研究結果表明,我國城市地區大氣複合汙染條件下,環境大氣具有極強的新粒子生成潛勢,這主要是由於機動車排放的高濃度的揮發性有機物造成的;該研究從機理上揭示了大氣中已存在顆粒物、光化學反應和多種汙染物協同光化學過程對新粒子生成的作用,提出了多種協同效應下城市汙染地區新粒子生成與增長的機制,該研究成果對城市地區新粒子生成及其健康效應具有普適性。


該研究成果表明大氣中已存在顆粒物可以限制新粒子過程的發生,相反地,如果僅控制汙染源排放的一次顆粒物,而不限制排放的氣態汙染物,尤其是揮發性有機物,將會促進新粒子過程的發生,隨後新粒子的進一步增長將會加重我國城市地區霾的形成;另外,新粒子生成時產生大量更有穿透力的超細顆粒物,對人體健康存在更大的風險。為此,

建議協同控制機動車一次排放的顆粒物和氣態汙染物,進而達到改善空氣質量和保護人體健康的雙贏效果。


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