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【新時(shí)代 西部情】我為治污出新招
每年冬季，不少城市都會(huì )趕上幾天霧霾天氣。霧霾，不僅嚴重影響人們的日常生活，更是公眾街談巷議的一大社會(huì )問(wèn)題。如何驅趕霧霾、重見(jiàn)藍天，成為很多城市的心頭之病。中國科學(xué)院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院的趙素平副研究員，把自己的科研方向聚焦到這里，通過(guò)對復雜地形大氣污染問(wèn)題的深入研究，獲得了不少有意義的新發(fā)現，得出了有別于傳統想法的新觀(guān)點(diǎn)。
“黑蘭州”：衛星上看不到的城市
蘭州曾經(jīng)有個(gè)綽號，叫“黑蘭州”。這倒不是因為這里生產(chǎn)一種“黑蘭州”的香煙，而是因為這里的空氣實(shí)在太糟糕了——一年四季黑乎乎的。蘭州人曾自嘲地調侃：“太陽(yáng)和月亮一個(gè)樣，白天和晚上一個(gè)樣，鼻孔和煙囪一個(gè)樣?！?/p>
蘭州地形獨特，位于青藏高原東北側黃河河谷盆地，兩山夾一河，多山少風(fēng)缺雨，尤其是污染最重的冬季，基本沒(méi)有風(fēng)。20多年前，蘭州的空氣污染可謂“舉世聞名”，經(jīng)常高居全國空氣污染城市的前列，竟有“衛星上看不到的城市”之稱(chēng)。
趙素平的研究就和這座城市息息相關(guān)。
“2009年，我剛到蘭州讀研，一入冬，整座城市像籠罩在一個(gè)‘大鍋蓋’之下，空氣污染十分嚴重?！泵鎸秘撌⒚摹昂谔m州”，趙素平突發(fā)奇想，同樣是北方重工業(yè)城市，為何東北地區沒(méi)有被“黑色”籠罩？為何蘭州就是全國唯一一個(gè)“衛星上看不見(jiàn)的城市”？是不是因為復雜地形造成的重污染？
帶著(zhù)這個(gè)猜想，趙素平廣泛查閱文獻，開(kāi)始從復雜地形局地氣候中尋找蘭州空氣污染治理的良方。
“還真不是瞎想，谷地地形的確不利于污染物消散而集聚空中，只有在有風(fēng)或下雨的時(shí)候，天氣才會(huì )好一些”，早在1998年，蘭州市政府就曾決定“移山引風(fēng)”，即削平位于蘭州東大門(mén)的大青山，讓城市東西兩端的風(fēng)對流起來(lái)，以驅散市內污濁的空氣。然而，這一計劃并未如愿，因為“蘭州周邊的山太多了，風(fēng)力未必能達到吹散霧霾的程度，用愚公移山的辦法‘等風(fēng)來(lái)’，不僅成效慢，而且治標不治本”。
“既然水平流不通，那能不能垂直流通？”趙素平迅速轉換思路，“正常情況下，近地面污染物是可以擴散進(jìn)入高空中的。在復雜地形條件下，垂直領(lǐng)域的大氣污染與空氣流動(dòng)又會(huì )呈現出何種樣態(tài)？”
帶著(zhù)這個(gè)問(wèn)題，趙素平把研究視角從“水平方向”轉向“垂直領(lǐng)域”，開(kāi)始他的“復雜地形地區的局地大氣環(huán)流對大氣污染物輸送影響”的研究。
PM垂直檢測獲“靈感”
治理霧霾，要從最基礎的研究做起，了解霧霾成分及其來(lái)源，才能制定有效措施，而這類(lèi)研究在國內還比較少見(jiàn)。年輕的趙素平循著(zhù)這個(gè)思路，試圖通過(guò)復雜地形垂直空間的大氣污染顆粒（即人們通常說(shuō)的PM）測量研究其分布特征和變化規律。
因地制宜，想到就做。趙素平把單位變成觀(guān)測站，從地表到樓頂，他安排了兩個(gè)觀(guān)測取樣點(diǎn)。然而，“僅有幾十米的樓宇高度還不夠，更高的空中也需要監測”，這讓剛入行不久又沒(méi)有什么經(jīng)費和設備支撐的趙素平陷入了苦惱。
如何在幾十米外的空中取樣呢？趙素平望著(zhù)窗外陷入沉思。
忽然，窗外的皋蘭山讓他眼前一亮——把觀(guān)測點(diǎn)建到皋蘭山上。皋蘭山位于蘭州市區的南側，自古是拱衛蘭州城區的天然屏障，也是影響蘭州復雜地形的重要因素?！案尢m山頂海拔2000多米，與地面垂直高度達五六百米，是非常理想的垂直觀(guān)測對象”。
于是，帶著(zhù)學(xué)生爬樓、爬山，測樣、分析，成了趙素平的“日常工作”。
很快，趙素平研究發(fā)現，PM濃度變化與污染物排放源和氣象條件關(guān)系密切。其中，氣象條件對PM濃度影響比重高達40%。這大大出乎趙素平的預料，一定是有什么東西在起作用！趙素平一遍一遍檢測，終于找到這個(gè)被忽視的“元兇”：黑碳。黑碳是由未完全燃燒的化學(xué)燃料和秸稈等生物質(zhì)燃料產(chǎn)生的含碳有機物，是僅次于二氧化碳的“溫室氣體”。正常情況下，空氣中的黑碳含量從地表往高空應逐漸降低。
但是，趙素平的觀(guān)測發(fā)現，蘭州黑碳主要分布在距離地面五六百米的高空?！八鼈冏钃趿顺鞘薪孛媾c上空之間的氣體正常流通，形成‘鍋蓋’，并越積越大，把整座城市悶在下面”。這些黑碳具有強吸光性，使得蘭州大氣邊界層長(cháng)時(shí)間維持一種高溫狀態(tài)，形成一道逆溫層，阻礙了近地氣流突破大氣邊界層的可能性。加之高空相對濕度較大,靜風(fēng)天氣多，就很容易產(chǎn)生霾。
這一發(fā)現讓趙素平興奮不已。“如果能找到高空黑碳的形成機制，并采取行之有效的破解辦法，不就可以揭開(kāi)這個(gè)頭頂上的‘鍋蓋’了嗎？”
城市治污需“巧招”
帶著(zhù)問(wèn)題，趙素平繼續研究發(fā)現，蘭州高空黑碳主要來(lái)源于山頂周邊的煤炭和秸稈燃燒等粗放型燃料所致；相反，地面交通的黑碳貢獻率并不總是最主要的因素。
這就意味著(zhù)，在復雜地形條件下，我們可以突破傳統相對簡(jiǎn)單的治污方式，采用更加科學(xué)和靈活的治污手段。比如，地面限行和限排對抑制黑碳很有作用，也能改善大氣垂直擴散的外部條件。但是，如果能同時(shí)降低因煤炭和秸稈焚燒帶來(lái)的污染，則可以直接抑制高空中的黑碳含量，為大氣垂直擴散創(chuàng )造更好的條件。
“換句話(huà)說(shuō)，如果能補貼山頂或周邊農戶(hù)改用清潔能源，讓他們徹底擺脫對蜂窩煤或秸稈焚燒的依賴(lài)，就能有效降低高空黑碳含量，從而改變城市上空逆溫現象，讓市內熱氣流正常流通至空中形成云，再通過(guò)降雨或降雪緩解霧霾問(wèn)題?！壁w素平微笑著(zhù)說(shuō)。
思路一打開(kāi)就停不下來(lái)。趙素平發(fā)現，城市治污的很多問(wèn)題在復雜地形因素下，可以找到很多不可思議的“巧招”。
干旱地區可采取灑水方式降低污染物濃度，但灑水中也蘊含著(zhù)科學(xué)道理：噴霧式灑水顯然要比澆灌式灑水效果好，因為低空噴灑的水滴粒徑小，噴灑下來(lái)時(shí)就像下了一場(chǎng)小雨，不僅能清理路面上的沙塵，更能清理掉空氣中的氣溶膠污染物，從而減少細顆粒物危害。反之，如果采用澆灌式灑水，不僅浪費水資源，而且很難起到綜合性的治污效果，有時(shí)還因路面濕滑造成其他不必要的社會(huì )問(wèn)題。
大氣污染防治工作不僅要減排，更需要具有自我恢復能力的生態(tài)系統。這就要求在城市規劃中考慮城市風(fēng)向問(wèn)題，避免城市建筑物擋住出入風(fēng)口，以免造成小生態(tài)內的空氣流動(dòng)受阻，從而造成局部污染；當然，局地增加綠化面積，加大生態(tài)修復，對改善城市生態(tài)、減緩霧霾亦有重要作用。
趙素平還有更大膽的一些想法，如果把復雜地形下的氣象、大氣環(huán)流與市內環(huán)境生態(tài)系統聯(lián)系起來(lái)，未來(lái)甚至可以建立超大規模的“城市局地生態(tài)空氣凈化新風(fēng)系統”……
年僅33歲的趙素平還有很多治污的奇思妙想，我們期待他在大氣污染治理研究中取得更多的原創(chuàng )性科研成果，為“蘭州藍”作出更大的貢獻。
趙素平 男，1986年生于內蒙古烏蘭察布市，博士、副研究員，主要從事復雜地形城市氣候與環(huán)境研究。2017年成為中國科學(xué)院青年創(chuàng )新促進(jìn)會(huì )會(huì )員，2015獲得中國科學(xué)院院長(cháng)優(yōu)秀獎。率先開(kāi)展了蘭州城區亞微米氣溶膠數濃度譜分布特征的監測，揭示了蘭州市超細顆粒物的數濃度水平；基于不同來(lái)源沙塵粒徑存在顯著(zhù)差異的觀(guān)測事實(shí)，發(fā)展了一種利用氣溶膠特征譜型確定沙塵來(lái)源的新方法，可以有效地確定沙塵源區；提取到了生物質(zhì)燃燒、機動(dòng)車(chē)排放、煙花燃放等城市主要污染源對應的氣溶膠特征譜型，這有助于氣溶膠數濃度來(lái)源解析工作的開(kāi)展；首次依據較大地形落差建立了蘭州市亞微米氣溶膠化學(xué)成分垂直分布觀(guān)測網(wǎng)，為研究復雜地形城市氣溶膠化學(xué)成分垂直分布奠定基礎。主持國家自然科學(xué)基金、中科院西部之光項目、聯(lián)合資助優(yōu)秀博士后項目和博士后面上項目等多項國家級項目?，F已發(fā)表學(xué)術(shù)論文30余篇，其中第一作者SCI論文16篇，研究成果主要發(fā)表在大氣環(huán)境領(lǐng)域EnvironmentInternational、AtmosphericEnvironment、EnvironmentalPollution等刊物上、2篇論文入圍ESI TOP1% 論文。
