中國霾中性比倫敦霧安全是真的嗎，專家們是這樣說的。11月18日，一篇《國際科研團隊：中國霾是中性的，與當年倫敦奪命大霧成分不同》的報道，在網上炸開了鍋。這項國際科研團隊裡的中國專家是誰?中國霾真的因為"中性"而安全嗎?中外霧霾成分和成因究竟有何不同?
北京科技報/"科學加"客戶端記者第一時間聯絡到了該論文的第一作者--中國科學院地球環境研究所王格慧研究員。他為本報獨家揭示了倫敦奪命霧霾的成因，並全面解釋了導致中外霧霾的具體化學反應過程。
中國霾、倫敦霧到底有哪些不同?
中國霾是倫敦霧和洛杉磯光化學汙染結合體
"我知道這篇論文被接受，將發表在《美國國家科學院院刊》上，但直到你(記者)聯絡我，我才注意到大家都在關注論文中提及的倫敦霧酸性，中國霾中性的事情。"王格慧說，這次他們聯合了北京大學、中國科學院大氣物理研究所、中國環境科學研究院，以及美國、以色列、英國等國家相關科研單位的專家共同開展了這項工作。他表示，目前網路上對論文中內容的相關報道，存在多處表述內容不準確不完整的地方，有待澄清。
提到霧霾，人們很容易想到中國霾和倫敦霧。60年前，英國曆史上發生的一件最嚴重的空氣汙染災難-倫敦霧，它也是有記錄以來最可怕的一個煙霧事件。1952年12月5日，當倫敦上空被霧霾籠罩時，起初倫敦市民並不以為然，因為他們早就習慣了"煙雲繚繞"的生活。然而，幾天後，倫敦的很多地方能見度不足1米，交通陷入癱瘓，上萬人出現呼吸問題。當年，這場持續5天的倫敦霧霾事件，最終導致1.2萬人死於空氣汙染。有媒體曾這樣描述當時的場景："濃重的霧霾吞噬了汽車，車速甚至不如秉燭前進的行人;電影院被迫關門，因為能見度還不到前幾排;歌唱家因為突發咽喉不適而無法登臺演出;骯髒的霧霾鑽入室內，也鑽入倫敦人的肺裡，大批心臟病、哮喘和支氣管疾病患者因得不到及時治療而死去。"
倫敦霧致命的原因在於當時倫敦工廠和居民大量燃煤排放，大氣中存在高濃度二氧化硫和氮氧化物，在濃霧天氣條件下，霧滴上發生二氧化硫氧化，生成大量硫酸。由於霧滴直徑在數十微米，其體積比灰霾粒子大2-3個數量級，因此，所形成的硫酸被高度稀釋，霧滴並沒有顯現強酸性。但是在中午時分隨著氣溫升高，霧滴上水汽蒸發，霧滴直徑由數十微米變小為1-2個微米，硫酸被高度濃縮，產生大量強酸性氣溶膠，從而引發大規模呼吸道疾病，導致三週內數千人死亡。
60年後，中國的許多城市面臨霧霾，並且"中國霾"的問題普遍而持久。眾所周知，霧霾是多種因素造成的綜合結果。以燃煤為主的能源結構、升級滯後的油品、城市建設中的大量揚塵，以及汽車尾氣等等，都是空氣汙染的"罪魁禍首"。
▲11月18日，北京霧霾傍晚再次加重，造成交通嚴重擁堵
"然而，目前一些報道中，對於倫敦霧和中國霾的異同還沒有完全說清楚。"王格慧解釋到，倫敦霧與中國霧霾有相同的過程，這裡是指二者在霧霾期間，二氧化硫在顆粒物或者霧滴上被二氧化氮等氧化劑氧化形成硫酸鹽的液相化學機制是一樣的。但是，倫敦霧事件是發生在霧滴上，而中國是發生在灰霾粒子上，霧滴體積遠大於灰霾粒子。
▲二氧化硫液相氧化機制(圖A表示倫敦霧事件;圖B代表中國霾;圖C表示：北京霧霾從清潔天到霧霾天的形成過程(其中：綠色代表二次有機氣溶膠，藍色代表硝酸鹽，紅色代表硫酸鹽，黃色代表銨鹽，它們之間的協同效應)
"中國霾中性"主要是與英國倫敦煙霧事件期間的大氣顆粒物相比，中國灰霾粒子的酸鹼度(pH值)偏中性。倫敦當時汙染物濃度遠遠高於我國現在，並且大氣中存在大量強酸性粒子，容易造成急性呼吸系統疾病，尤其是對本身患有慢性呼吸道疾病的人群，影響更為嚴重。事實上，空氣汙染是全世界尤其是發展中國家普遍面臨的問題，空氣汙染物(比如灰霾粒子)會對人體健康造成長期損害。
在我國，空氣中有大量的氨氣存在，硫酸鹽形成過程中與氨結合，中和了酸性粒子，變成了中性。這裡的中性是指灰霾粒子的酸鹼度。
▲該項研究提出的兩個反應方程式之一，即中國霾裡硫酸鹽形成的化學方程式，也是中國霾中性的主要原因
與倫敦霧相比，目前我國霧霾是煤煙型和機動車尾氣型的複合汙染，既有洛杉磯光化學汙染特徵，也有倫敦1952年煙霧事件的煤煙型特徵。
冬季灰霾粒子暴增的原因是什麼?
不被重視的"氮氧化物氧化二氧化硫"
要了解霧霾，首先需要知道硫酸鹽。硫酸鹽是大氣氣溶膠PM2.5(也稱作大氣細粒子)中主要組分之一，它對雲的形成、酸雨、能見度和人體健康有著重要影響。大氣中的硫酸鹽主要是二氧化硫經光化學氧化形成。中國霧霾期硫酸鹽的形成機制非常複雜，在高相對溼度條件下，還需要氨氣的中和作用，並且需要在顆粒物上，二氧化硫被二氧化氮迅速氧化就會生成硫酸鹽，而硫酸鹽反過來又會促進硝酸鹽、二次有機氣溶膠的形成，三者之間相互協同，從而進一步加劇霧霾汙染。
這次研究能揭開倫敦霧致命真相，並非有心插柳。事實上，當時做這項工作，主要目的是為了瞭解我國霧霾期硫酸鹽暴增的原因，而倫敦霧的研究只是"碰巧"為之。傳統理論對大氣中二氧化氮氧化二氧化硫的效應並未給予足夠重視，當前國內外學者對這一化學反應有所認識，但是缺乏直接證據。此項工作首次透過外場觀測並結合實驗室煙霧箱模擬發現，二氧化氮可在顆粒物(大氣氣溶膠液相)上快速氧化二氧化硫，生成硫酸鹽。理清了這一化學反應過程，他們就開始查閱50年代英國學者的一些觀測資料並開展相關研究，進而推測致命倫敦霧的原因。
▲該項研究提出的關於倫敦霧裡生成硫酸鹽的化學反應方程式，也是倫敦霧酸性的主要原因
為啥北京天氣狀況改善不明顯?
灰霾粒子無機鹽增多消光能力強
中國霾的成分有硫酸鹽、硝酸鹽、銨鹽、有機物、黑碳，以及礦物粉塵等。中國霧霾的元兇有燃煤電廠、工業、機動車等燃燒化石燃料以及工業製造等過程排放的二氧化硫、氮氧化物以及揮發性有機物，也有居民燃煤等原因。此外，道路和建築揚塵也是灰霾粒子的重要來源。
"近幾年，我國灰霾的成分基本沒變，只是灰霾相對組成上發生了變化。"王格慧說，目前全國多處觀測資料顯示，二氧化硫顯著下降，對應的硫酸鹽也在下降。但是現在很多地區卻出現了硝酸鹽高於硫酸鹽的現象。
在這次研究中，相關人員梳理了北京2011-2012年冬季霧霾。與五年前相比，北京灰霾粒子PM2.5濃度在降低，但是由於無機鹽的相對含量在增多，灰霾粒子的吸溼效能在增強，導致消光能力增強，因而從視覺感受上看，能見度在降低，灰霾改善似乎不夠顯著。
▲西安和北京冬季灰霾期間硫酸鹽形成與演化 (A、E硫酸鹽濃度時間變化序列：其中，黑色：硫酸鹽大於20微克每立方米，代表汙染天;橘黃色表示硫酸鹽10-20微克每立方米，代表由清潔向汙染的過渡時期;亮藍色表示：硫酸鹽小於10微克每立方米，代表清潔天) (圖B、F分別是西安和北京的細粒子化學組成，其中綠色代表有機物;紅色代表硫酸鹽鹽;藍色是硝酸鹽，黃色是銨鹽，粉紅色是氯鹽) (圖C、G是不同汙染條件下，二氧化硫氧化形成硫酸鹽的轉化效率與相對溼度之間的關係) (圖D、H是汙染期、過渡期和清潔期三個時段的汙染二氧化硫、氮氧化物、氨氣三種汙染氣體濃度和相對溼度) 以北京為例，與2011-2012年相比，二氧化硫當前在更低相對溼度下就可以快速轉化為硫酸鹽，並且這個轉化效率，從空間上來看，北京要比西安高，是因為灰霾粒子中無機鹽的相對含量增加，導致灰霾粒子吸溼效能增強。他們透過西安和北京外場觀測發現：霧霾期高溼度下硫酸鹽濃度迅速增加，二氧化硫在氣溶膠液相轉化成硫酸鹽隨著相對溼度的增加而呈指數型增長(圖C，G)，同期伴隨著高濃度的氮氧化物和氨氣(圖D，H)。
王格慧強調，這項工作的目的是為了搞清楚我國京津冀等地冬季硫酸鹽暴增的機制，從而為有效治理提供科學依據。這次根據新認識，他們認為當前我國在控制大氣二氧化硫有效減排的同時，亟需進一步加強氮氧化物、氨氣和揮發性有機汙染物減排控制。
怎樣才能減排氮氧化物?
與煤炭消費量密切相關
為啥要減排氮氧化物?因為酸雨、灰霾、光化學汙染、水體富營養化等背後，都有它的身影。
大氣裡的氮氧化物來自哪裡?有什麼危害呢?環境保護部總量控制司司長劉炳江曾介紹，從氮氧化物排放源看，電廠佔40%，機動車佔30%，水泥行業佔20%，生活及其他工業排放佔10%。
劉炳江表示，氮氧化物排放與煤炭消費總量緊密相關。比如2011年，一方面煤炭消費總量增加了3億多噸，是歷史上增加最多的一年;另一方面，脫硝工程剛剛上馬，脫硝電價政策未出臺，執行脫硝設施的技術人員短缺，效益還沒有發揮，在這樣的背景下，氮氧化物排放的大幅增長在所難免。
對於氮氧化物的危害，中國環境科學研究院副院長柴發合在2014年接受《人民日報》時也給出了全面的解釋。他介紹，氮氧化物是涉及環境問題最多的汙染物。首先，氮氧化物包括工業直接排放的一氧化氮，它進而生成二氧化氮，二氧化氮本身是一種大氣汙染物;其次，氮氧化物與水汽結合形成硝酸根，是酸雨的主要成分之一;由於氮氧化物本身含氮離子，透過沉降等作用成為水體營養物，是水體富營養化的罪魁之一;氮氧化物在大氣中是PM2.5的前體物和臭氧的前體物，不僅是霾的成因之一，也會誘發光化學汙染。
有人認為，控制氮氧化物排放，可收到"一石五鳥"的效果--有益於生態系統，防治水體富營養化、減少臭氧生成、減少顆粒物灰霾、減少氮氧化物本身的汙染。
"然而目前我國二氧化硫的汙染形勢要比氮氧化物嚴峻得多，控制二氧化硫排放是當務之急。"柴發合覺得，從國際經驗看，也是先減排二氧化硫，再控制氮氧化物。
事實上，我國也在積極控制減排氮氧化物。記者瞭解到，在我國的"十二五"規劃的約束性減排指標裡就新增加了氮氧化物和氨氮。2015年由環保部編制的《國家環境保護"十三五"規劃基本思路》裡，也再次提出繼續實施全國二氧化硫、氮氧化物、化學需氧量、氨氮排放總量控制，進一步完善總量控制指標體系。對此，環保部規劃財務司司長趙華林解釋，十三五期間，為實現空氣質量改善，需要二氧化硫、氮氧化物、一次顆粒物(工業煙粉塵)、揮發性有機物等的共同減排。我們也將在全國層面堅持不懈開展大氣汙染綜合防治的同時，由國家制定分割槽域、有差別的空氣質量目標，各地區依據基於排放清單等法規推薦方法確定達到空氣質量目標的多汙染物排放控制要求，並制定相應的工作方案。