丁爱军与黄昕课题组合作研究揭示新冠疫情管控期间东部重霾污染成因


发布时间:2020-06-19浏览次数:46


今年春节后,在新冠疫情爆发、各地实施人流和交通的严格管控情况下,我国东部地区相当一部分城市仍然出现多日中度乃至重度PM2.5污染,引起了政府、群众以及媒体的高度关注,甚至一度引发了对于近年来空气污染防治工作及雾霾研究科研成果的质疑。究竟春节后几次重污染的“来源在哪里”、“形成机制如何”、“对今后的大气复合污染防治又有什么启示意义”成为科学界和环保部门高度关注的热点。近日,新威尼斯人丁爱军教授团队与清华大学、中国环境科学院等多家单位通过联合攻关,结合大量的观测和计算机模拟研究弄清了上述问题。

该研究分析了疫情前以及疫情期间的各种大气污染物观测资料(包括全国环境监测部门的六项大气污染物、华北和长三角地区的大气组分网监测数据、卫星遥感数据和超级站大气成分观测数据),同时根据人为活动水平,估算了疫情管控前后的各类污染源排放强度变化,并基于计算机数值模拟量化了疫情管控减排对华东地区气态污染物、中间反应产物以及PM2.5浓度的影响。研究发现,在疫情管控期间,因人为活动水平的显著降低,特别是交通排放的急剧减少(比往年同期减排70%以上),导致了氮氧化物和一次排放的颗粒物浓度的降低,但因为一氧化氮对臭氧的“滴定”效应以及臭氧生成对氮氧化物与挥发性有机物的非线性响应关系,反而导致了从京津冀到长三角的整个东部区域臭氧浓度显著增加,进一步加剧白天和夜间氧化剂(如白天的羟基自由基和夜间三氧化氮自由基)的生成,故而在绝大部分前体物(如氮氧化物、挥发性有机物、二氧化硫等)显著降低的情况下,二次颗粒物(如硫酸盐、硝酸盐、铵盐和二次有机气溶胶等)的化学生成反而增强,在特定气象条件下出现生成的二次颗粒物明显超过一次减排,进而形成了两次大区域尺度的多日重霾事件。

 前体物减排导致白天及夜间大气氧化性增加从而增强二次颗粒生成的概念示意图

【图注:疫情管控期间整个东部地区大部分可反应生成二次颗粒的气体都存在不同幅度的减排,但其中氮氧化物(主要排放形式为一氧化氮)减排幅度过大而挥发性有机物的减排比例相对小,由此引起的夜间“滴定效应”(消耗臭氧)减弱和白天光化学生成的增加导致了区域尺度大气氧化性显著增强,进而显著加剧后续PM2.5二次组分的化学生成,在特定气象条件下导致下风向(如京津冀)地区出现二次颗粒生成抵消一次减排的情况,进而引发多日重霾】

该研究进一步基于上百个排放情景的数值模拟,分析了整个东部区域尺度的氮氧化物和挥发性有机物减排导致臭氧和二次颗粒中间产物的EKMA曲线,并由此提出秋冬季大气复合污染防治中需充分考虑“跨区域、多污染物协同减排问题”:一方面,综合考虑不同前体物减排实现臭氧和PM2.5的协同控制,特别关注在氮氧化物有效控制条件下,即便在秋冬季节也须加大挥发性有机物的减排力度;另一方面,需要特别重视区域尺度的协同减排问题,关注上风向地区因前体物减排导致大气氧化性增加会进一步弱化(抵消)下风向地区PM2.5的减排成效。今后,只有充分考虑这些因素,才能进一步做到“科学治霾、精准治霾”。

该项成果于6月18日以“Enhanced secondary pollution offset reduction of primary emissions during COVID-19 lockdown in China”为题在线发表在《国家科学评论》(National Science Review),黄昕、丁爱军、中国环境科学研究院高健、清华大学郑博为论文共同一作,丁爱军与清华大学张强为论文共同通讯作者。该研究参加单位还包括江苏省环境监测中心、江苏省环境科学研究院、上海环境监测中心和北京环境监测中心等单位。该研究由国家自然科学基金杰出青年基金项目、优秀青年基金项目、“大气复合污染”基金重大科学计划、国家重点研发计划、总理基金以及江苏省气候变化协同创新中心资助 (新威尼斯官方网址)。


参考阅读:

Huang, X., A. Ding, J. Gao, B. Zheng, D. Zhou, X. Qi, R. Tang, J. Wang, C. Ren, W. Nie, X. Chi, Z. Xu, L. Chen, Y. Li, F. Che, N. Pang, H. Wang, D. Tong, W. Qin, W. Cheng, W. Liu, Q. Fu, B. Liu, F. Chai, S.J. Davis, Q. Zhang, and K. He, Enhanced secondary pollution offset reduction of primary emissions ruing COVID-19 lockdown in China, National Science Review, nwaa137, https://doi.org/10.1093/nsr/nwaa137, 2020.


  • 新威尼斯人仙林校区大气科学楼
    江苏省南京市栖霞区仙林大道163号
    210023