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再说中国空气污染物“飞越太平洋”的科学性问题
热度 7 Talky 2014-2-7 07:32
2018 年 7 月 1 日蒋大和加注:本博文的背景情况请参见这三篇博文: 2014/1/26 博文:关键词是“飞越太平洋”! http://blog.sciencenet.cn/blog-609047-762391.html 2014/1/25 博文:为什么建议北大清华召开中外记者招待会 http://blog.sciencenet.cn/blog-609047-762085.html 2014/1/24 博文:北大清华应当召开中外记者招待会澄清谣言 http://blog.sciencenet.cn/blog-609047-761769.html ------------------------------------------------------ 下面是原文: 上班了。祝各位好友网友马年吉祥,健康快乐! 上世纪八九十年代,曾有 “ 酸雨 ” 研究热和跨国界输送程度的争论。因为能源结构,中国当时酸雨是 “ 硫酸型 ” 的,即多地降水观测分析水样中硫酸根和硝酸根当量比平均在 8~10 左右。但是日本酸雨是 “ 硝酸型 ” 的,其雨水观测分析结果表明,硫酸根和硝酸根当量比平均在 2~3 左右。这成为反驳日本学者称他们国家酸雨污染 80-90% 以上来自中国的论点的强有力依据:如果中国污染输送的影响很大,他们的酸雨为什么不也成为硫酸型?这是观测事实!然而中国和日本同在西风带,又只间隔了东海,中国污染物跨海输送的影响程度没有日本学者想象的大是什么原因呢?唯一的可能就是 东海具有相当强的 “ 清除 ” 二氧化硫和硫酸盐的能力。 酸雨前体物中能经历长距离输送的就是硫酸盐和硝酸盐,是二次性 PM2.5 。虽然现在中国空气污染的排放大大超过了当时,海洋能够达到的清除空气污染物的能力并没有减弱。讨论中国空气污染物飞越太平洋的文章,不应当仔细交待大洋清除能力的主要情况吗? 否则怎能说明模拟结果具有科学性? 最近了解的情况: 花时间查找、阅读、记录相关材料。虽然找到了一些支持依据,但不可能进行新的模拟工作来用数字否定 “ 文章 ” 的结论。但我认为已经可以说明:虽然 “ 文章 ” 采用的模型是顶级的,整体科学性强;但 “ 文章 ” 主要应用的是该模型的薄弱部分,该部分科学依据不足,而 “ 文章 ” 并未重视跨洋输送和跨陆地输送的区别会对模拟结果产生很大影响,结论因此不可信! 切入点是硫酸盐在海洋表面的干沉积过程,理由如下: 1、 “ 文章”的主要数字结论在于美国西部地区的硫酸盐污染浓度。中国排放和输送的空气污染物中,二氧化硫和硫酸盐最受到国际重视。但二氧化硫不是长寿命的,平均而言,排放后 2 天左右,都会或者被清除,或者转化为硫酸盐。 因此主要问题在于硫酸盐。 2、 污染物在跨越太平洋过程中,可能经历湿沉降、重力沉降、干沉积、和物理和化学转化。同时污染物的平流输送和湍流扩散也将主要在海洋上空的“行星边界层 ~PBL ” 内发生。其中: a) 风场、湍流、降水数据主要由气象部门提供,可靠性高,而且有气象卫星数据不断订正;因此有关输送扩散和湿沉降过程模拟比较可信; b) 海洋上空的行星边界层结构可能和陆地上空有所不同,海洋水体内部有热交换和洋流,表面又可能时有较强烈起伏。边界层厚度、底面附近的“常应力层”及其附近的垂直湍流结构会影响污染物在水面附近的浓度,特别是“干沉积”速率; c) 细颗粒物的重力沉降通常不重要,除非在输送过程中细颗粒物体积增大成为“粗颗粒物”; d) 物理变化是硫酸盐在海洋上空可能吸收水汽、发生“凝并”、或和海盐相互影响,增大体积。因此可能增加“干沉积”效率,甚至发生重力沉降; e) 假设可以不考虑从中国大陆向美国输送的硫酸盐还会因为化学转化而损失; f) 降水和风暴都不是长期持续发生的过程。干沉积是空气污染物长距离输送中被从空气中“移除 ~Removal ” 的最重要过程。干沉积速率取决于地表性质、地面附近流动和湍流状态和污染物本身性质。通常气态污染物(如二氧化硫)比较细颗粒物(如硫酸盐)更容易被干沉积。因此酸雨前体物能够经历长距离输送主要就是指硫酸盐和硝酸盐的输送。但是,由地表形态决定的干沉积速率有很大不确定性,特别是水面,常记录很小的数值。干沉积速率主要由野外试验确定。陆域淡水水面的数据很少,海水水面(起伏、湿度和盐分作用)有可靠的干沉积速率数据? 3、 可见在硫酸盐飞越太平洋的输送过程中,应当重视: a) 海洋上空行星边界层的特点,主要是厚度、近水面湍流结构和水汽交换状况; b) 海洋上空环境下,湿度比较高而且有盐分,硫酸盐是否会发生物理变化,增长体积,因此加强其干沉积,甚至发生重力沉降; c) 干沉积速率很难观测,在陆地上观测到水面上细颗粒物干沉积速率低,未必适用于大洋海水表面。 针对这三个会导致不确定性的问题,我只查找了 GEOS-Chem 中干沉积处理方式。 找到美国哈佛大学 GEOS-Chem 模型的门户网站: http://acmg.seas.harvard.edu/geos/index.html 。有 GEOS-Chem 详细介绍,包括概况和人员结构;模型的科学基础、研究重点、成绩、新闻。。。;指导委员会会议记录和 2003 年以来隔年一次的会议;模型平台、发展史、模拟年份、参照性模拟 … 怎样获得源程序;菜单、百科、常见问题 … 可用资源;以及各种工具等。信息公开、模型结构公开、人员结构公开、模型发展和修改记录公开等。 这是 GEOS-Chem 的明显优点:展示了世界顶级模型的整体科学性、优势和风范,吸引了众多国际顶级大学研究人员和研究机关的合作和参与。 在该网页上下载了有关 GEOS-Chem 科学基础、基本结构和发展历史的介绍,历次指导委员会会议记录,程序的历次修改记录。有关干沉积、硫酸盐和海盐气溶胶的概况、历次修改记录等。 从一位重要维护人员的网页上找到了硫酸盐模块源程序 sulfate_mod.f ( 9273 行)和干沉积模块源程序 drydep_mod.f ( 5135 行): http://git.oschina.net/lxzylllsl/geos-chem/tree/master/GeosTomas 。上面都附有说明文字和历次修改记录。两个源程序最新的修改记录分别是 2012 年 2 月 16 日和 2012 年 7 月 31 日。 目前 GEOS-Chem 处理硫酸盐干沉积的情况: 1、 和硫酸盐相关的沉降处理包括普通硫酸盐( SO4 )、云中的潮湿硫酸盐( SO4aq ~ aqueous )、海盐中含的硫酸盐( SO4s ~ sea salt )三类。 海盐硫酸盐有特色: GEOS-Chem 考虑海洋是排放二氧化硫和硫酸盐的重要自然源。在海洋上空的硫化学中会生成硫酸盐。并且在湿度高时会吸湿增长体积,因此增大干沉积速率,甚至涉及重力沉降。 但没有看到普通硫酸盐是否介入海洋上面物理化学过程的说明。 2、 对于海盐 (以及存在于海盐中的硫酸盐),应用 Zhang 等人( 2001 )推荐的和粒度相关的形式计算干沉降速率,考虑和相对湿度有关的粒度增大过程,甚至可能涉及重力沉降。 3、 对于 其他 气溶胶,包括普通硫酸盐,采用的干沉积速率计算方法相同,都是 Wesely ( 1989 )推荐,并由 Wang 等人( 1998 )解释的标准的系列阻尼程式( Standard resistance-in-series scheme )。 以上观察可见, GEOS-Chem 对于陆地污染源排放或形成的硫酸盐是按照普通气溶胶处理的,很可能低估了在海水表面的干沉积过程。 这些发现或猜想不能算作举证,只是提供思路。。。。。。 一段时间以来,针对汞污染和放射性物质污染问题,细颗粒物的长距离传输问题受到了进一步重视,主要针对细沙尘、炭黑、有机颗粒物、硫酸盐和海盐。湿沉降是它们最有效的清除过程。对于干沉积,海盐最容易被水化,增大体积和沉积。虽然水化程度不那么高,而且观察试验不足,硫酸盐看来应当仅次于海盐。研究硫酸盐的跨洋输送,因此应当小心翼翼! 参考文献: Zhang, L., S. Gong, J. Padro, and L. Barrie, 2001. A size-segregated particle dry deposition scheme for an atmospheric aerosol module, Atmospheric Environment 35, 549-560 Walcek, C.J., R.A. Brost, J.S. Chang, and M.L.Wesely 1986. SO2, sulfate, and HNO3 deposition velocities computed using regional landuse and meteorological data, Atmos. Environ., 20, 949-964 Wang, Y., D.J. Jacob, and J.A. Logan, 1998. Global simulation of tropospheric O3-NOx-hydrocarbon chemistry, 1. Model formulation, J. Geophys. Res., 103, D9, 10,713- 10,726 Wesely, M.L., 1989. Parameterization of surface resistances to gaseous dry deposition in regional-scale numerical models, Atmos. Environ., 23, 1293-1304. 附加参考文献: Textor, C. et al, 2006. Analysis and quantification of the diversities of aerosol life cycles within AeroCom, Atmos. Chem. Phys., 6, 1777–1813 Croft, B., J. R. Pierce, and R. V. Martin, 2013. Interpreting aerosol lifetimes using the GEOS-Chem model and constraints from radionuclide measurements, Atmos. Chem. Phys. Discuss., 13, 32391–32421 Chen, L., H.-H. Wang, J.-F. Liu, W. Zhang, D. Hu, C. Chen, and X.-J. Wang, 2013. Intercontinental transport and deposition patterns of atmospheric mercury from anthropogenic emissions, Atmos. Chem. Phys. Discuss., 13, 25185–25218
个人分类: 灰霾|8482 次阅读|31 个评论
为什么建议北大清华召开中外记者招待会
Talky 2014-1-25 10:07
为什么建议北大清华召开中外记者招待会 我翻译了“文章”的引言部分,原文附在后面,如有差错请指出: “中国是世界上最大的人为空气污染物排放国。可测度的中国污染正通过大气层传输到其他国家,包括美国。但是,中国排放物中一大部分是为国外消费的生产发生的。这里,我们联结经济 - 排放分析和大气化学传输模拟来分析因为外贸引起的中国污染物排放对全球环境的影响。我们发现:在 2006 年,中国人为排放二氧化硫的 36% ,氮氧化物的 27% ,一氧化碳的 22% 和碳黑的 17% 是和出口生产联系的。在这些污染物中,约 21% 产生于对美国的出口生产。大气模型模拟表明,中国因出口生产排放的大气污染物在 2006 年对美国西部的年平均硫酸盐浓度贡献了 3-10% ,臭氧浓度 0.5-1.5% 。同时造成在美国洛杉矶地区以及美国东部的多个地区按照美国国家环保局多出一天或更多天的臭氧超标。以日平均计,中国出口生产排放的污染物对美国西部 (译者注:是整个西部!) 硫酸盐浓度的最大贡献达 12-24% 。美国把污染生产转移到中国, 2006 年,美国西部地区硫酸盐污染因此升高了,东部地区则有降低,表明了在美国本土污染降低而中国输送污染增强的影响之间的竞争。我们的发现有利于减轻空气污染的跨界输送的国际努力。” 我的评论是: 如果不看数字,字面上说的都可能发生,象是事实。 但是: 数字是中国 2006 年人为排放中为出口生产而排放的污染物。 二氧化硫的 36% ,氮氧化物的 27% ,一氧化碳的 22% 和碳黑的 17% , 已经对美国西部硫酸盐的年平均浓度贡献了 3-10% ,臭氧浓度 0.5-1.5% ,洛杉矶及美国东部多个地区多出 1 天以上的臭氧超标日。 请想想: 如果考虑中国 2006 年产生的全部污染物呢?按照文章,二氧化硫接近三倍,氮氧化物接近四倍,一氧化碳和炭黑接近五倍。 对美国西部硫酸盐的年平均浓度贡献是否会达到 9-30% ?臭氧浓度 2-6% ,洛杉矶及美国东部其他地区多出 3 天以上的臭氧超标日? 进一步想想: 如果考虑近年来中国消耗化石能源的增加呢? 按照英国石油公司( BP )数字(中国统计局的数字接近), 2012 年中国化石能源的消费是 2006 年的 1.5 倍,即增加了 50% 。 那么按照文章的逻辑, 2012 年,中国对美国西部硫酸盐的年平均浓度贡献是否会达到 14-45% ?臭氧浓度 3-9% ,洛杉矶及美国东部其他地区多出 4 天以上的臭氧超标日? 再想想,飞越太平洋到美国西部(甚至东部)尚且如此,对周边国家:日本、韩国、东南亚的影响呢? 问问网友,这是飞越太平洋,超过 1 万公里的输送过程,你们相信这个结果吗?所以我认为文章的相关研究者应当为此作出公开澄清。 至于媒体新闻 “ 美学者称中国污染物飞越太平洋导致洛杉矶雾霾 ” ,已经不是学术性的了,而且传播广泛。我昨天恰好分别和两位美国学者通话讨论其他问题,一位是华人,都说在美国看到了这个新闻,可见国际影响之大,而且超出了学术范围。 有网友说我有不同意见,应当自己进行研究,模拟,用研究成果,数字,发表文章进行争论。这就好比一个消费者,在超市买到了一件不合格商品,要投诉。工商部门则要求消费者自己举证!(即使我能做,等上2-3年要吧,“黄花菜都凉了”!而且,前些日,中科院澄清汽车尾气对北京雾霾贡献只有4%的文章问题,不也是“学术”争论吗?) 我属于“弱势群体”(退休3年多,骑自行车的老人),感谢科学网给我一个说话地方。不过是以前有些经验,对“文章”内容和结论敏感,因此“愤老”。 昨天的博文只是建议。至于北大清华是否回答,回答结果如何,等着看吧。 。。。。。。 -------------------------------------------------------------------------------------------------- 文章引言原文: China is the world’s largest emitter of anthropogenic air pollutants, and measurable amounts of Chinese pollution are transported via the atmosphere to other countries, including the United States. However, a large fraction of Chinese emissions is due to manufacture of goods for foreign consumption. Here, we analyze the impacts of trade-related Chinese air pollutant emissions on the global atmospheric environment, linking an economic-emission analysis and atmospheric chemical transport modeling. We find that in 2006, 36% of anthropogenic sulfur dioxide, 27% of nitrogen oxides, 22% of carbon monoxide, and 17% of black carbon emitted in China were associated with production of goods for export. For each of these pollutants, about 21% of export-related Chinese emissions were attributed to China-to-US export. Atmospheric modeling shows that transport of the export-related Chinese pollution contributed 3–10% of annual mean surface sulfate concentrations and 0.5–1.5% of ozone over the western United States in 2006. This Chinese pollution also resulted in one extra day or more of noncompliance with the US ozone standard in 2006 over the Los Angeles area and many regions in the eastern United States. On a daily basis, the export-related Chinese pollution contributed, at a maximum, 12–24% of sulfate concentrations over the western United States. As the United States outsourced manufacturing to China, sulfate pollution in 2006 increased in the western United States but decreased in the eastern United States, reflecting the competing effect between enhanced transport of Chinese pollution and reduced US emissions. Our findings are relevant to international efforts to reduce transboundary air pollution.
个人分类: 灰霾|4204 次阅读|0 个评论

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