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美国国家航空航天局(NASA)新发布二氧化氮遥感图告诉了我们什么？: 热度 14 Talky 2015-12-20 09:31; 12 月 17 日王大元博主写博文介绍了 NASA12月14日新发布的全球二氧化氮（ NO 2 ）浓度分布和变化的遥感图，翻译了美国有线电视新闻网 (CNN) 相关新闻的部分语句。这次 NASA 发布的遥感图和 CNN 新闻实际上告诉我们重要信息：（1）尽管中国近十年来，空气污染仍然十分严重而且还在加重，但这是第一次由国际顶级研究单位发布研究成果说明：因为政府和公众的努力，在北京、上海和珠三角都市圈等局部地区，空气污染已经出现了明显的改善状况和倾向。（2）根据这些遥感图展示的状况，说明燃煤和工业过程的 NO 2 排放量可能超过机动车相当多。因此我们关于在雾霾污染的源解析中，有关硝酸根来源的认识，需要进行修正。背景情况：二氧化氮（ NO 2 ）是一种重要的，对人体健康有害的空气污染物，早已在国际和国内得到重视。我国 90 年代后期开始执行的空气污染指数（ API ）制度中有三种空气污染物，除 PM 10 和 SO 2 外，就是氮氧化物（ NOx ）（指一氧化氮 NO 和二氧化氮 NO 2 ）。之后因为 NO 寿命短，会转化为 NO 2 ，因此在 2000 年 7 月后改为 PM 10 、 SO 2 和 NO 2 。 2012 年发布新的空气质量指数（ AQI ）系统，含 6 种空气污染物，也含二氧化氮： PM 2.5 、 PM 10 、 O 3 、 CO 、 SO 2 和 NO 2 。但是， NO 2 不是“长寿命”的污染气体。在强阳光下，并存在非甲烷烃类活化分子时， NO 2 是光化学烟雾的主要反应物；此外， NO 2 也会在空气中进一步氧化，生成硝酸滴或硝酸盐。因此 NO 2 是酸雨的前体物，也是灰霾 / 雾霾细颗粒物的前体物。因为寿命短， NO 2 不能像 PM 2.5 那样较长时间（例如几天）地在空气中游荡，在局部地域累积。因此很少发现 NO 2 的超高浓度。即使在严重雾霾期间，查查监测数据， NO 2 浓度会比较平时高一些，但尚能“容忍”。在以前重视的三种空气污染物中， PM 10 （灰霾或雾霾污染或沙尘暴除外）和 SO 2 的地面浓度，各地城市多年来都有所改善，体现了当地政府、环保部门和公众的努力。但是 NO 2 地面浓度水平是有所增加的，主要原因也很明显：各地城市里汽车数量在迅速增加，它们是 NO 2 的主要污染源之一！ NASA 发布 NO 2 遥感图和信息： NASA 研究人员应用臭氧监测系统测定了对流层（ Troposphere ）内 NO 2 的柱密度空间分布。 NASA 发布的图有 13 张，其中我们比较有兴趣的是 7 张：全球 2005 年和 2014 年 NO 2 平均浓度分布（ 2 张），美国 2005 年和 2014 年 NO 2 平均浓度分布（ 2 张），美国、西欧和东亚 2014 年和 2005 年比较 NO 2 平均浓度的变化分布（各 1 张）。（注：对流层是大气层内紧接地面的空气层，以因为太阳辐射加热地面，存在较强垂直气流活动而得名。层内含 90% 以上水物质，几乎所有气象现象都发生于该层之内。赤道热带对流层约厚 12 公里，中纬度约 10 公里，南北两极约厚 8 公里。） CNN 新闻人员 Monica Sarkar 的主要评论是： 1. NO 2 是一种重要（ a major ）空气污染物。根据世界卫生组织（ WHO ）的信息，暴露于 NO 2 可能引发哮喘、气管炎、肺炎和肺功能减退。 2. 对 2014 年和 2005 年平均浓度分布比较，可以看出中国的 NO 2 浓度增加了约 20-50% ，反之美国和西欧的 NO 2 浓度有明显降低，降幅约 20-50% 。 3. 然而中国的三大都市圈，北京、上海和珠三角， NO 2 浓度却有约 40% 程度的降低。因此结合今年 12 月 8 日北京首次发布雾霾红色预警，要求中小学停课、建筑工地停工和机动车限行的措施，主持该项研究的 NASA 研究员 Bryan Duncan 说： “空气质量形态的这些变化不是随便发生的。当政府介入并且说我们要在这里建立什么或者要治理这种污染物，可以看到这些数据就会受到影响。” 红色预警只是暂时的，不可能因此明显减少空气污染物年平均浓度。这位 NASA 研究员实际上是根据遥感图研究得到中国 NO 2 年平均浓度分布的变化和倾向的事实，肯定了中国政府和公众的努力，表达了中国空气污染有可能改善的期望。但是有疑问：城区 NO 2 的主要来源之一是汽车。所以 2005 到 2014 年间中国城市排放 NO 2 增加 20-50% 是可以理解的。当然废旧车辆， “ 黄标车 ” 淘汰不力等有影响，但数量迅速增加是增加排放量的主要因素。和 2005 年相比，北上广都增加了大量汽车。所以很奇怪，北京、上海和珠三角凭什么 NO 2 平均浓度减少 40% ？同时，美国和西欧 2005-2014 年间汽车数量不会明显减少吧，采取了什么控制措施，能使 NO 2 浓度显著减少？下面各图，是从 NASA 网站下载了高分辨率图形后，进行剪裁处理后制成： 2005 和 2014 年 NO 2 全球浓度分布图：中国 2005 和 2014 年 NO 2 平均浓度分布，以及 2014 年浓度减去 2005 年浓度的比较：这三张图的左侧是 2005 年浓度分布，中间是 2014 年浓度分布，右侧是 2014 年减去 2005 年浓度后的分布，因此是“变化”。下方标明的单位是 10 25 moleculor/cm 2 。是地面每平方厘米向上的空气柱内的 NO 2 分子数，难以和地面监测浓度比较。但可以看到： 1、我国华夏大片地区无论 2005 年还是 2014 年，对流层内 NO 2 污染都很严重，但难以进一步分辨红色区内部的浓度高低。（我曾放大图形，仍然不能分辨） 2、重污染区域在东北哈尔滨 - 吉林 - 沈阳一线、华北大部、华中、华东到浙江北部，珠三角和成都 - 重庆一线。 3、 2005 年和 2014 年 NO 2 污染分布图和 NASA 在 2011 年发布的 PM 2.5 在中国的浓度分布图（ 2001-2006 平均）很相似。 4、 2014 年 NO 2 污染比较 2005 年加重，污染范围增大。特别是根据右侧的“变化图”可见， 2014 年比较 2005 年污染明显加重的地域主要在华北：天津滨海新区向东北伸展到唐山和秦皇岛；太原和石家庄之间；滨州 - 德州 - 济南 - 聊城 - 邯郸 - 安阳附近；滕县 -临沂一线；以及铜陵 -马鞍山一线。 5、然而对于三个主要都市圈：北京、上海和珠三角， NO 2 污染程度却都有降低，珠三角降低范围大降低多，上海其次，北京最少。观察和问题： 1. 2005 年以来，中国各地机动车保有量在翻倍增加。到 2013 年底，北京汽车拥有量达到了 537 万辆，是 2005 年的一倍余。上海和广州都是 270 万辆（深圳 291 万辆），也大幅增加。汽车是 NO 2 的主要污染源，为什么这三个地区能显示 NO 2 浓度明显减低？ 2. 右侧的“变化图”还说明， 2005-2014 年间 NO 2 污染加重的地方展示着区域性，但不是以大城市为中心的，即不是和机动车的增加地域十分相关的。倒是和近期逐步揭露出来的“煤电”、“钢铁”、“重化工”等污染企业的分布相关，为什么？想法和解释：我认为 NASA 发布这些图的技术方面不应当有大问题，因此这些图形展示的污染分布和变化是可信的。为了解释上面的疑问，我们需要重新认识 NO 2 的主要污染源。自 2011 年下半年以来，“灰霾”或“雾霾”污染成为公众关心的热点。专业人士则开展了相当多雾霾期间和日常 PM 2.5 采样和化学分析，进行“源解析”，查找导致污染的主要污染源。重要的一点是比较硫酸根和硝酸根。如果硝酸根较多，便认为机动车的贡献较大，这一点看来需要修正。我 2011 年曾写博文引用环保部 2010 年发布的全国空气污染物排放的污染源数据，说明对于氮氧化物（ NOx ），“电力热力生产和供应”的排放已经超过机动车尾气，而且还有工业过程排放 NOx 实际上也和燃煤有关。但这是上报的统计数字，不很可靠。现在看来，燃煤和工业过程排放 NOx 可能超过机动车的排放量相当多！如果可以这样认识，就可以解释为什么北京、上海和珠三角三地十年间 NO 2 浓度有明显下降。我国注重环保，注重空气污染治理并不太晚。因此取得了相当的成就：各地“降尘”， PM 10 和 SO 2 地面浓度事实上都有明显改善。我曾收集环保部发布的 2009 年以前，许多城市的几乎全部日报 API 数据，制作曲线，出现改善趋向。见博文。（当前有时 PM 10 浓度很高是因为沙尘暴，或因为严重灰霾或雾霾造成）。主要策略是对中小型污染企业“关、停、转、并、移”，把污染企业搬到郊区搬到外地，再建立高烟囱，目标是降低大城市市区地面空气污染物浓度。按照绘制的各地 API 曲线，这一“战略”是成功的。但是，成功的部分局限于 SO 2 和烟尘，是直接从烟囱排放的烟气，或称“一次”污染物。然而在郊区或外地的污染企业并不注意脱硫，脱硝更是 2012 年之后才开始提起。这些“一次”排放的污染气体， SO 2 和 NO 2 ，可以在大气层内输送和反应，转换成 PM 2.5 （“二次”细颗粒物）。因此造成在对流层内 NO 2 的较高浓度，以及区域性的灰霾或雾霾污染。也因此北京雾霾时污染可以非常严重，但北风一刮，清除雾霾，地面、车身，几乎看不见“积尘”，又是碧蓝的天空！这样也可以解释美国和西欧为什么 10 年里 NO 2 浓度会下降 20-50% 。也是因为减少了污染企业：经济下行和重污染企业搬迁到发展中国家。补记：我虽然在空气污染方面工作，但偏污染气象，对于化学和化工是相当地外行。对于氮氧化物的产生机理，只有教科书上的知识。氮氧化物的产生主要是三种机制：（ 1 ）杂质：煤和油都可能含有微量氮，燃烧时氧化放出。（ 2 ）高温燃烧：化石燃料燃烧都用空气为氧化剂，高温（ 1200 度左右及更高），空气中氮气和氧气会迅速加大反应速率产生氮氧化物。（ 3 ）催化反应：如果有碳氢的活化基团存在，空气里的氧和氮也能迅速反应产生氮氧化物。第（ 3 ）个机制可能和机动车产生 NOx 有大关系。但是，要根治“雾霾”非常困难。因为脱硫脱硝不仅有技术问题，更有经济和社会问题。企业之间的恶性竞争导致非法排污，知法犯法。虽然环保部督查组近期发布了不少查获案例的消息，但有新闻说有些企业（甚至政府），在已经知晓督察组即将来到的情况下还敢于我行我素。所以为了根治雾霾，应当深入具体地分析脱硫脱硝涉及的技术、经济和社会等各方面问题，寻求解决办法，严格实施。本文并不为机动车尾气的污染责任开脱，而且认为机动车尾气是对人体健康的首要凶手。机动车的发动机是内燃机，因为其工作原理，难免相当高程度的不完全燃烧，因此产生大量一氧化碳和烃类物质，以及碳黑。因为高温和催化，也产生大量氮氧化物。虽然和驾驶员行驶习惯有一定关系，尾气污染的控制，主要由安装在排气系统里的“三相催化转换器”实施，因此主要是汽车生产和销售商的责任。油品问题和添加剂主要对人体健康有重要影响，因为机动车和我们日常生活接近，不论是否有雾霾。但如果油品或添加剂问题会导致 NO 2 或 SO 2 的超量排放，专设的近路边空气质量监测仪器应当可以测出，如北京有五个站：南三环、前门、永定门、西直门和东四环。; 个人分类: 灰霾|16054 次阅读|25 个评论

NASA-MODIS遥感图表明，京津冀重霾污染早在2004年已经发生: 热度 2 Talky 2014-10-25 16:05; 和刘进平博主讨论时，博主问：“为什么北京在 2011 年之后突然大规模出现雾霾？之前人们似乎没有注意到过”。一时兴起在 NASA 网上查找，发现京津冀地区早在 2004 年， 2009 年， 2011 年初都曾被抓拍了重霾污染的遥感图了。请注意三张图上，北京都在污染区的北部边缘上（因此持续时间较短没有得到重视？）说明该地区并非 2011 年下半年后才“突然”成为重霾污染区域。而是污染物排放持续增加，污染程度进行性加重，又可能因为气候变化影响，使适合发生重霾污染的天气系统向北推进，以致北京污染问题趋于严重。下面三张图的说明都是“Haze over China”一类的词语。第一图： 2004 年 11 月 2 日上午还是干净的，下午到 3 日就有重霾污染。 http://earthobservatory.nasa.gov/IOTD/view.php?id=4987eocn=related_toeoci=related_image 第二图： 2009 年 10 月 28 日 http://earthobservatory.nasa.gov/IOTD/view.php?id=40941eocn=imageeoci=related_image 第三图： 2011 年 2 月 17 日 http://earthobservatory.nasa.gov/NaturalHazards/view.php?id=49349; 个人分类: 灰霾|4019 次阅读|18 个评论

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