为什么北京雾霾中会含有高浓度硫酸盐，答案在这里

来自中国和德国的研究人员21日表示，他们已经揭开了硫酸盐形成的神秘面纱，硫酸盐是北京和华北地区雾霾的主要成分，他们发现大气中微粒吸附的水分中的二氧化氮和二氧化硫之间的化学反应是当前雾霾期间硫酸盐形成的主要途径。这一发现强调了在继续实施减排措施以缓解空气污染问题的同时，优先考虑增加氮氧化物的减少的重要性。

近年来，雾霾在北京和华北频繁发生。以前的研究表明，硫酸盐是形成重污染的主要驱动因素。就绝对贡献而言，硫酸盐占重污染期间细颗粒物PM2.5的20%，是比例最高的单体。相对趋势上，随着PM2.5污染程度的增加，硫酸盐是PM2.5相对比例增加最快的成分。因此，硫酸盐的来源研究是解释烟雾形成的关键科学问题。

清华大学何克斌院士、张强教授、郑光杰博士、程教授、教授、德国马普化学研究所苏杭教授等在当天的《美国科学进步杂志》上报道，他们发现在北京和华北的雾霾期间，硫酸盐主要是由二氧化硫和二氧化氮溶解在空气中的“颗粒结合水”形成的，它们在中国北方特有的中性环境下反应迅速。颗粒结合水是指在相对湿度较高的环境中，可潮解的PM2.5所吸收的水分。

这一结论与普遍认为的硫酸盐形成机制大相径庭。现有的基于欧美等地区的经典大气化学理论认为硫酸盐主要形成于云水环境。由于云中液态水的含量远高于颗粒结合水的含量，颗粒结合水的含量通常是后者的10至100，000倍，因此与云中的硫酸盐生成反应相比，颗粒结合水的反应可以忽略不计。理论计算还表明，在云-水反应路径中，二氧化氮氧化二氧化硫生成硫酸盐的路径贡献可以忽略不计。

在北京和华北的烟雾期间，一方面，由于在静态和稳定的气象条件下颗粒物浓度的显著增加和相对湿度的相对较高，颗粒物与水结合的总反应量大大增加，因此颗粒物的结合含水量远远高于经典情景。另一方面，在重度烟雾期间，二氧化氮的浓度是经典云-水情景下的50倍以上，这直接改变了二氧化氮氧化途径的相对重要性。此外，北京和华北地区大量的氨和矿物粉尘等碱性物质使当地颗粒物结合水的酸碱度远高于美国等地，呈现出独特的中性环境，而二氧化氮氧化机理的反应速率将随着酸碱度的增加而大大增加。

据此，研究人员在论文中指出，优先减少氮氧化物排放可能有助于显著降低中国雾霾中的硫酸盐污染水平。

“这项研究显示了中国复合污染的特殊性，”何克斌院士告诉新华社记者。“高二氧化硫主要来自燃煤发电厂，高二氧化氮主要来自发电厂和机动车，而起中和作用的碱性物质如氨和矿物粉尘来自其他来源，如农业、工业污染和粉尘。这些不同的污染源同时在我国高强度排放，导致硫酸盐以独特的化学生成途径快速生成，这也是重烟雾期间颗粒物浓度快速增长的主要原因之一。”

人们普遍认为，伦敦的酸雾是由燃煤排放的烟尘和二氧化硫等主要污染物造成的。洛杉矶烟雾是一种光化学污染，主要是由于机动车尾气在太阳光的作用下产生二次污染物的反应。中国的烟雾是由一次和二次污染物混合造成的。

贺克斌表示，这种复合污染的特殊性进一步表明了多种污染物协同减排的重要性，尤其是现阶段优先加大氮氧化物减排力度。“虽然我们以前就知道减排是必要的，但如果我们不能理解重霾污染形成的关键化学机制，我们就无法进行有效的模型定量模拟分析，也无法准确评估如何以最有效、最科学的方式减排。不科学的减排可能会导致严重的后果，可能会耗费大量的人力物力，但收效甚微。”