制图姜宣凭
华西都市报记者独家揭秘中科院大气环境模拟系统
随着不断侵袭而来的灰霾，中国科学技术最高学术机构中国科学院的科学家也在不断努力寻找研究的方法、方式。“应加快建设大型大气环境模拟舱，为我国大气环境研究和灰霾治理提供重要平台，”中科院“大气灰霾追因与控制”课题组首席研究员贺泓屡次提出呼吁，建议推进大型烟雾箱的建设。
事实上，贺泓提出的大型烟雾箱建设只是庞大的“大气环境模拟系统研究计划”一个组成部分。按照规划，包括两个大型烟雾箱在内，“大气环境模拟系统研究计划”一共由六大系统及其辅助设施构成，总投资5亿元，规划占地50亩。
日前，华西都市报记者在北京举行的“大气灰霾追因与控制”科学与技术前沿论坛上，首次看到该系统的总体规划图。
1雾霾实验室什么样？
总占地约50亩 六大系统模拟大气环境
此前，有外媒报道称，中国科学家计划在北京怀柔建设世界最大的“烟雾箱”以模拟灰霾的形成和治理，报道称项目并已得到批准。
但是该项目的筹备负责人、中科院生态研究中心研究员贺泓对此明确否认。贺泓说，“烟雾箱”只是中科院一项庞大的大气环境模拟系统研究计划的一个组成部分，目前尚未得到发改委批复。
今年三月初，在北京举行的“大气灰霾追因与控制”科学与技术前沿论坛上，贺泓首次公开展示了大气环境模拟系统的总示意图。
华西都市报记者从这幅总示意图发现，系统内的核心建筑群呈扇形分布，根据规划大气环境模拟系统总占地约有50亩，其中共包括六大子系统，分别为大气光化学模拟舱、大气气溶胶模拟舱、检测系统、数值模拟系统、超级观测站、预模拟及辅助设施。
贺泓说，大气光化学模拟舱和大气气溶胶模拟舱俗称就是“烟雾箱”系统。
据介绍，早在2008年中科院就已对大气环境模拟系统的建设提出规划设想，在2010年依据“十二五规划”提出申请建设国家重大科技基础设施“大气环境模拟系统”，虽然未通过发改委评审，但之后至今该系统一直被列为备选项目。
2雾霾实验室什么用？
初步预算5亿元 研究中国灰霾治理策略
那么这个庞大的大气环境模拟系统项目需要多少钱才能完成？
贺泓说，整个项目目前初步预算需要5亿元。据一位业内人士向华西都市报记者透露，该项目之所以迟迟未获批复，一个重要原因就是耗资巨大，在评审层面存在分歧。
不过该人士认为，随着治理雾霾的紧迫性越来越强，而该项目的计划和目标又相对非常完备，因此“在当下这个时期很有可能会获得批复或者部分批复。”
此前，贺泓在多个场合呼吁，应加快建设大型大气环境模拟舱，为我国大气环境研究和灰霾治理提供重要平台。
贺泓介绍，目前以欧美为代表的发达国家已建成了多个大型大气环境模拟舱。例如，德国SAPHIR大气模拟反应室（370立方米）、西班牙EUPHORE烟雾箱（204立方米）、美国加州UNC烟雾箱（150立方米）等。
贺泓说，这些国家都发展出了适合本地大气污染状况下的空气质量诊断和预测模型。其中，欧洲的烟雾箱主要进行单一的大气化学过程研究，并验证了多个大气化学机制；美国、澳大利亚的烟雾箱则主要用于复合大气污染过程模拟和健康效应的研究。
“由于雾霾污染具有明显的区域性特征，国外已有研究成果并不适用于我国的具体情况。”贺泓强调，“灰霾研究和控制需要根据我国的污染状况和不同区域的经济水平制定不同策略。”
按照贺泓的设想，大气环境模拟系统中的两个烟雾箱都是300立方米，如过建成，将是具有世界先进水平的大气环境模拟实验室。也将是世界最大的烟雾箱，“箱子是用来模拟大气的，箱子越大，墙壁效应越小。”
3雾霾实验室咋运转？
研究二次颗粒形成 建预测及控制模型
据介绍，烟雾箱常用由塑料膜、玻璃、不锈钢等惰性材料制成的容器来模拟大气层。
目前我国仅有为数不多的中小型模拟舱。在中科院广州地球化学研究所建有30立方米室内烟雾箱、中国环境科学研究院大气所建有50立方米的光化学烟雾箱、中科院生态环境研究中心在北京奥运会期间建设的4个6立方米室外烟雾箱，此外，在清华大学环境科学与工程系也拥有目前国内较完备的烟雾箱。
贺泓说，我国中小型模拟舱研究存在诸多局限，受容量、规模所限，小型烟雾箱无法真实再现大气光化学反应过程。
贺泓说，从目前的情况来看，我国亟待建设符合国情的大型大气模拟舱。
据贺泓介绍，大气是开放体系，而大型烟雾箱是一个较大的封闭系统，在里面可模拟各种大气中发生的反应。中国的这两个大型烟雾箱在建成后，将重点研究大气二次污染颗粒的形成机制，为评估污染控制技术和措施效果、有效控制灰霾污染提供理论依据。
现阶段，气态前体污染物如何在大气中快速转化形成二次细颗粒物是我国大气雾霾研究的前沿和挑战性科学问题，其中很多转化过程现在还没有完全研究清楚。
因此，贺泓乃至中科院也对这条他们设计的大气环境模拟系统寄予了很高的期望，并制订了一系列的科研目标：拟建大气环境模拟系统，以大气光化学模拟舱和大气气溶胶模拟舱为核心，可模拟我国实际大气污染状况下的二次污染物形成过程，揭示大气二次污染形成机制，获得评价气溶胶的气候和环境效应，并于外场观察和数值模拟耦合，形成闭合实验体系，建立具有我国自主知识产权的大气污染预测、诊断及控制决策模型。形成具有国际一流水平，集重大科学问题研究、区域大气污染控制决策服务、新兴产业带动于一体的大型综合平台。
全国布网 追踪大气灰霾
中国科学院在2012年启动成立了“大气灰霾追因与控制”课题组，由中科院生态环境中心研究院贺泓担任首席研究员。
该专项计划用5年的时间，以环渤海、长三角、珠三角为研究区域，阐明区域灰霾形成的机制，研发致霾关键污染物的控制技术，为控制灰霾污染提供科学可行的技术和政策解决方案。
污染元凶:燃煤和机动车
中科院大气物理研究所研究员王跃思是“大气灰霾追因与控制”专项组之“大气灰霾溯源”项目负责人。去年，王跃思的课题组首次发布报告“京津冀灰霾中检出大量危险有机化合物”，并引起广泛关注。
王跃思说，当时席卷中国中东部地区的强霾污染物化学组成，是英国伦敦1952年烟雾事件和上世纪40-50年代开始的美国洛杉矶光化学烟雾事件污染物的混合体，并叠加了中国特色的沙尘气溶胶。他认为，中国雾霾出现的大量含氮有机颗粒物，这就是“洛杉矶上世纪光化学烟雾的主要成分之一”，并指出这一“危险的信号”。
王跃思介绍，中科院在全国布设了由40个站（点）组成的大气质量联合观测网，覆盖了京津冀、长三角、珠三角等重点区域，为我国大气质量开展长期、定位和联网观测提供精确的科学数据。
通过多年对污染较重的京津冀地区PM2.5的跟踪调查，王跃思发现这些地区PM2.5主要的来源均为燃煤、机动车、工业和餐饮。其中，河北城市燃煤、机动车、工业和餐饮所占份额分别约为44%、14%、9%和8%，天津分别约为25%、21%、18%和6%，北京的则为30%、22%、12%和13%。
王跃思说，从数据上看，燃煤和机动车排放是两大主要污染源，二者在重污染时段所发生的作用占到70%以上。
污染颗粒:60%为二次生成
作为“大气灰霾追因与控制”课题组的首席研究员，贺泓研究的主要领域是二次颗粒物的形成。贺泓说，研究发现在成霾污染过程中，二次生成细颗粒物可占PM2.5的60%～70%以上。
PM2.5来源可分为一次源(直接排放)和二次源(二次生成)。一次源是指污染源直接向大气中排放颗粒物；二次源则是指污染源排放的气态污染物在大气中经过复杂的物理化学反应产生颗粒物。
贺泓说，硫酸盐在成霾的过程中起到了非常重要的作用。监测数据显示，通常硫酸盐在大气PM2.5颗粒中的占比在15%至20%之间。而二次污染生成过程中，燃煤、重化工、机动车排放的二氧化硫和氮氧化物等气体经过大气氧化作用，也变成硫酸盐和硝酸盐颗粒，从而加剧雾霾的发生。
贺泓说，截至目前仍不太清楚某些二次粒子究竟是如何形成的。目前正根据现有的大气模拟环境试验和外场的观察和数值模拟进行交互验证，形成闭合试验体系。
贺泓表示：“今后，我们要加强大气新粒子成核机制，二次粒子形成、增长和老化机制的研究，特别是霾形成机制中的关键过程。”
华西都市报特派记者王国平 北京报道
