大气污染监测

一段时间以来，有关大气气溶胶粒子对气候变化的影响，以及对全球变暖的减缓作用，成为专家学者和相关媒体热议的话题。本报记者日前就气溶胶的有关问题独家采访了中国工程院院士、国家环境咨询委委员、国家气象局气候变化特别顾问丁一汇先生。
　　气溶胶的危害不容忽视，但也有可利用的一面
　　丁一汇告诉记者，大气气溶胶是造成空气污染的主要原因，尤其是在人类活动排放源很强的工业区，大城市以及频繁生物质燃烧地区及其周边。大气气溶胶对于经济社会的许多方面，如农业、水资源、人体健康、城市化等都会产生重要的影响。
　　他说，大气气溶胶对城市的影响包括许多方面，首先是污染空气，危害人群的健康；其次是降低城市的能见度，并使霾日的频率明显增加。他告诉记者，我国许多城市近二三十年霾日数不断增加，能见度则明显降低，目前中国东部大部分地区霾日都超过100天，其中大城市区域超过150天，有些地区如辽宁中部，霾日长期超过300天。根据深圳气象局统计，深圳市霾日每年平均达160天左右，平均能见度由80年代初的20公里下降到现在的10公里左右。
　　丁一汇说，大气气溶胶对农业和生态系统的影响也很大，主要是通过由它们造成的到达地面的直接太阳辐射的减少引起的。在中国稻米和冬小麦生长的主要农业区之一的长江中下游地区，由于大气气溶胶的散射和吸收作用，可使到达地面的太阳辐射量减少5～30％，近70％的作物受此影响至少减产5～30％。硫酸盐气溶胶还是形成酸雨的主要原因。
　　丁一汇告诉记者，气溶胶对人体健康可以产生严重危害，对人体健康影响最大的是长时间飘浮在大气中的直径为0.1～10μm的气溶胶粒子，它能直接被人体吸入呼吸道内，进入肺部或进入肺泡，并能进入血液通往全身，由于其本身的毒性或携带有毒物质，因而对人体健康会造成极大危害；大气气溶胶中的重金属成分可以危害人体的多种部位，包括神经、肠胃、心脏、肺、肝、肾、皮肤等；大气气溶胶中的多环芳烃和亚硝胺等化学物对人体有致癌作用。
　　丁一汇认为，在我们强调气溶胶的危害，并加强大气污染治理的同时，还应该看到气溶胶的另一面——
　　气溶胶可抵消部分温室气体造成的变暖作用
　　丁一汇说，全球气候变化主要由温室气体浓度的日益增加引起，而空气污染主要由悬浮于空气中的气溶胶粒子造成，它们都主要由矿物燃料的燃烧排放形成。空气污染和气候变化是相互发生作用的，一方面，气溶胶造成空气污染，而且还具有明显的气候效应和改变水圈循环的作用；另一方面，气候变化也可加重和放大空气污染对人体健康、农业生产和生态系统的影响。两者在科学问题上是密切相关的，因而应该采取统一的而不是分离的科学研究战略。
　　他告诉记者，大气系统的能量平衡是决定地球气候状态(如地面温度)的驱动力。地气系统收到的太阳短波辐射必须等于地气系统自身射出的长波或红外辐射，如果使这种平衡发生扰动或破坏，则会引起地球气候发生变化。度量地气系统的能量收支是否偏离其平衡态的物理量被称为辐射强迫(RF)。如果RF是正，说明地气系统收到的能量大于损失的能量，地气系统将增温或变暖，反之将冷却。温室气体产生的温室效应使地气系统向外射出或损失的长波辐射减少，由于入射的太阳辐射不变，则RF为正，地气系统将增温，从而导致全球变暖。
　　他说，大气气溶胶粒子通过散射和吸收太阳光，减少了到达地面的太阳辐射，具有降冷作用，可以抵消一部分由温室气体造成的变暖作用，这是大气气溶胶对地球气候影响最重要的一种作用。平均而言，不论各种气溶胶的作用有何不同，所有大气气溶胶的总气候效应都是造成地面负的辐射强迫，使地球温度降低。这种作用与温室气体的增暖作用正好相反，它具有抵消温室效应增暖的作用。国际上一些大型的大气气溶胶试验也都证明了这一点。能否合理利用气溶胶的这种作用，实现控制空气污染与减少温室气体排放双赢，就应该——
　　对空气污染和气候变化需采取统一而不是分离的应对战略
　　丁一汇说，由于空气污染和气候变化在很大程度上有共同的原因，即主要都是由矿物燃料燃烧的排放造成，因而减轻和控制空气污染与减少温室气体排放保护气候在行动上应是一致的。
　　有研究指出，大气气溶胶的增加减少了到达地面的太阳辐射量，与温室气体增暖作用是相反的，互相抵消的。由温室气体造成的地表增暖的50％可能被气溶胶的冷却作用所抵消，一旦除去气溶胶将会使温室气体产生的增温表现得更显著，这将进一步增加CO2减排的压力。因而空气质量和气候变化这两个问题不能孤立地解决，它们是密切耦合在一起的。
　　丁一汇认为，必须发展更复杂的地球系统模式和气候与生物地球化学变量的长期监测系统。利用这种复杂的地球系统模式可以更准确地模拟和预报上述两方面的重要物理、化学和生物过程以及反馈机制，这是一个重大的挑战性任务。如果试图把全球变暖维持在一规定的阈值的环境战略中，就不仅要考虑CO2减排，而且也必须同时考虑改善空气质量的措施及其气候后果。
　　他告诉记者，目前国际上已在计算，如不考虑气溶胶冷却的抵消作用，全球将会再增加多大的温度上升？同时也在研究，在这种情况下，全球的减排责任将会有多大增加？在IPCC(政府间气候变化专门委员会)第四次评估报告中，对于大气气溶胶的气候效应做了更完整和深入的总结，并明确指出气候变化与空气质量问题是通过大气气溶胶紧密耦合在一起。同时专门研究了未来百年温度变化的趋势。如果新的气候模式中去掉大气中所有人为排放的硫化物气溶胶的冷却作用，结果表明，全球平均温度将上升0.8℃左右。
　　丁一汇强调说，为了从经济上得到最大的节约和获得双赢的效果，应该采取协同应对空气污染和气候变化的减排战略，即应该采取统一的而不是分离的科学研究和应对战略。尤其将来随着空气污染的不断治理和改善，可大大降低气溶胶的冷却作用，这将进一步加大未来温室气体的减排量，否则全球气温将会以更快的速度和量值上升。因而采取和制定协同或耦合的研究和对策战略是十分必须的，而且是迫切的。这是一种应对空气污染和气候变化的集合对策战略。在未来20~30年这将成为一个重要的科学和政策问题。
　　他说，对于像中国这样经济快速发展的发展中国家，这种战略尤其重要，因为这两个问题不但同时存在，而且同是因经济增长和能源消耗同时迅猛增长，益使空气污染严重和温室气体排放快速增加。从同一源头上解决这两个问题不但经济上更为有效，而且可同时解决大气环境和气候变化问题。
　　他建议，在能源结构和产业结构调整中应同时考虑温室气体和气溶胶排放的综合或集成技术，使两者排放量都能得到减少和控制；组织各方力量编写第一个比较完整的中国气溶胶排放清单；进一步改善温室气体和气溶胶的观测网，尤其是气溶胶观测网更需扩大和加密；进行空气污染和气候变化的气溶胶——云——气候变化相互作用的研究，并发展气候模式(全球和区域模式)与空气污染模式相互耦合与嵌套的集合模式系统，为建立中国中长期空气污染及其环境和气候影响的业务预报提供科学基础和支持；建立耦合的空气污染和气候变化风险评估系统，根据它们之间的相互作用关系以及未来情景预测，提供对社会和经济部门影响的后果和严重性评估。