请重视雾霾形成机理的微物理化学过程研究

                                                                    --- 谨此悼念华南理工大学钱公望教授

 

和钱教授从未谋过面。只是读文章，认识到在雾霾形成机理的研究中，钱教授团队工作的独特性和重要性。我曾几次在博文中提到他的工作，正奇怪为什么这两年未见新的进展和消息。昨天突然在和一位博主的讨论中得悉，钱教授已经在几年前去世。

                                                               ~~~ 震惊和叹息：英年早逝，正在需要他的工作大放光芒的时候。

 

钱公望教授团队的工作，最为靠近雾霾形成机理的微物理过程。例如：

 

自90年代以来，开发电子显微镜观察单个气溶胶粒子的膜技术，制备人工粒子，拍摄了含有硫酸盐、硝酸盐和同时含有硫酸盐和硝酸盐的细颗粒。展示硫酸盐气溶胶呈球形（同心环状），硝酸盐呈针状。通过100多次实际采样分析，证实这个方法可以应用于实际大气颗粒物的观测，检出含硫酸根和硝酸根的气溶胶。

利用复合薄膜法,对广州的大气粒子进行了研究。观察表明,在广州大气粒子中，SO₄^-2 粒子在粒径小于1微米 领域中占有优势，而在大于1微米 领域中，没有被发现。而含有NO₃^- 的粒子，在以上两个领域都存在。讨论认为，SO₄^-2粒子主要是通过匀质核化过程而形成（如硫酸滴和硫酸銨）（因此多较细小）；NO₃^-的粒子可能是通过硝酸和大气中既存物质发生化学反应而生成（如硝酸钙）（因此也有较粗大的颗粒）。

 

在广州采集大气细颗粒物发现：（使用采样器大致分为大于1微米和小于1微米两级）在非灰霾天气时，两级均有颗粒物采得；但灰霾期间，采集到的颗粒物明显集中在较细的一级（小于1微米）。特别重要的是，灰霾条件下，观察到多个细颗粒物呈现“卫星滴”结构。但灰霾前的样品中没有发现。（卫星滴结构很可能是造成消光系数增大，损害能见度的主要机制！）

灰霾前

 

灰霾中

 

在1952年伦敦烟雾事件时，英国人Waller利用电子显微镜从污染空气中观察到了卫星滴结构粒子，通过和实验室粒子的形态比较，认为这种粒子的成分是硫酸。随后的科学家推测产生卫星滴结构的原因是粒子的酸性。并常把硫酸粒子这种不同于其它粒子的形态特征作为检出大气中酸性粒子的重要手段。

 

评论：

 

以上段落，除括号内是我添加的解释外，都来自钱教授团队文章原文。他们的工作进入了硫酸盐和硝酸盐在大气中的微观物理化学过程，对认识灰霾和雾霾的形成具有重要的价值。

 

硫酸滴和硫酸盐平均更为细小，则同样质量浓度将对应很大的数量浓度。因为它们吸湿性很强，在适当气温和湿度条件下长大，会发生更强烈的光学特性变化。例如，如果平均而言，硫酸类细颗粒大小是硝酸类颗粒的1/5，则数量浓度将是硝酸类颗粒的100倍！这样也许可以解释美国的IMPROVE关于PM2.5和能见度的研究中，发现无论东部或西部，硫酸盐对于能见度受损的贡献都大大超过了硝酸盐！

 

我们目前大多数研究都立足在采样、化学分析、源解析基础上，可以解释PM2.5的主要来源，但却不能探讨造成灰霾和雾霾中明显能见度损害的主凶！

 

请重视雾霾形成机理的微观物理化学过程研究！

 

相关专题：空气污染和PM2.5
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