我国大气污染现状趋势与科技需求

国家自然科学基金委出国培训班

中国大气污染的现状、趋势

及科学需求郝吉明清华大学环境科学与工程研究院2002年9月25日大气环境问题的发展历程我国大气污染现状与特征我国大气污染的控制与治理解决大气环境问题的挑战大气环境问题的发展历程

70年代之前

80年代

90年代以来

烟尘TSP SO2

酸雨

SO2

酸雨

SO2

NOx

TSP

PM10PM2.5 TSP NOx

光化学烟雾

Ozone

臭氧层破坏

GHG

气候变化

TOXICS(VOCs&PAHs)

人体健康

PARTICULATES

颗粒物SizeTSP CoarseParticles

粗粒子PM10

InhalableParticles可吸入颗粒物PM2.5 FineParticles

细粒子ChemicalcompositionElementalcarbon,EC,sootOrganiccarbon,OC,adsorbedHCs,PAHetc.SolubleOrganicFraction,SOFMetals,(fromfuel,enginewear,brakes,catalyst)UltraFine10um1um0.1umSulfatesNitratesAmmoniaCarbonLead(HM)OrganicsCoarseFineSoilDustSilicaSaltsPollenTireRubber2.5um颗粒物大小与来源PM2.5的环境效应降低大气能见度 阳伞效应云凝结核 致酸物质干沉降 危害生态系统远距离输送 区域性酸沉降污染物载体 携带有害有毒污染物进入呼吸道 影响人体健康化学反应床 多相化学反应

城市总悬浮颗粒物污染趋势00.10.20.30.40.50.61990199119921993199419951996199719981999毫克/立方米总平均值南方城市均值北方城市均值沉积在呼吸道中的粒子作为粒径函数中国经济高速发展进程城市化城市人口19500.58亿19602.14亿19993.89亿城市个数198022319904671999667基础设施滞后于城市化进程一次能源消费EmissionTrendofSO2andDustAcidRainDevelopment

pH>7.0pH:5.6-7.0pH:4.5-5.6pH:4.0-4.5pH::3.5-4.0TaiWan:NAEarly80’sMiddle90’s40%oftotalland4mainregions中国机动车增长趋势

NOxEmissions,MtAnnualTrendofNOxEmissions72%fromcoal,21%fromoil北京、广州和上海市机动车保有量增长的年际变化广州市SO2和NOx年日均浓度及NOx/SO2比率的年际变化北京市1981-1997年SO2和NOx年日均浓度的年际变化低平流层Lowertroposphere氮氧化物+碳氢化合物+阳光=臭氧+各种氧化剂+颗粒物NOx+HC+light=O3+Oxidants+AerosolO3pollution:historicalchangeinBeijingThenationalstandard:160g/m3(hourly)

短暂暴露：

引起咳嗽，喉部干燥，胸痛，粘膜分泌增加，疲乏，恶心等长期暴露：

可把瞬间影响逐渐积累严重暴露：

明显损伤肺功能，影响呼吸道结构，引起炎症，改变透气率

WHO推荐基准：

1小时暴露150-200微米/米3

8小时暴露100-120微米/米3

儿童出现影响的最低浓度140微米/米3

与酸性气溶胶（细颗粒物）结合有增效作用臭氧对人体健康的影响

臭氧对植物的影响O3是最重要的毒害植物的污染物：影响细胞渗透性；降低光和作用对根部的的营养供应影响根系向上部输送水分、营养O3长期危害：可能导致某些地区高产作物消失，甚至使遗传基础也随之消失O3对粮食产量影响：欧洲减产1-10%（空气污染）；美国减产12-13%（光化学氧化剂），经济损失达19-43亿美元；发展中国家不明臭氧对材料的影响染料与绘画褪色相交脆裂臭氧的环境作用氮氧化物NOx碳氢化合物Hydrocarbon臭氧O3+OH自由基OHradical二氧化硫SO2氮氧化物NOx硫酸、硫酸盐Sulfuricacidandsulfate硝酸、硝酸盐Nitricacidandnitrate氮氧化物NOx颗粒物AerosolAnnualtrendsinCO2andCH4emissions(Streetsetal.,Science,294,1835-1837,2001)Warmingwinterhascontinuouslyappearedfor16yearsinChinaAnnualmeantemperaturechangeoverthepast50yearsinChinaTemperature(℃)AnnualaveragetemperatureWintertemperatureTheprecipitationsignificantlydecreasedinNorthChina;butitincreasedinthedroughtareaofNorthwestChinaPrecipitationchangerateoverthepast50years大气环境问题的发展历程我国大气污染现状与特征我国大气污染的控制与治理解决大气环境问题的挑战我国大气污染的现状空气质量可吸入颗粒物对大气能见度、大气光化学烟雾、酸沉降有极大的影响北京市区全年能见度低于4km的天数我国城市空气的PM2.5大大超过环境标准PM2.5年平均浓度

g/m3清华大学和同济大学环境系1999年测定我国PM10环境标准美国PM2.5环境标准我国大气污染的现状颗粒物浓度我国大气污染的现状2001年我国大气污染的现状2001年我国大气污染的现状我国当前大气污染的特征复合型煤燃烧+汽车尾气+扬尘能见度降低大气氧化性增强以城市为中心，呈区域性我国当前大气污染的特征复合型:煤燃烧+汽车尾气+扬尘我国当前大气污染的特征:颗粒物污染与采暖季节的二氧化硫污染北京市空气质量季节变化趋势例：大气气溶胶与氧化性大气氧化剂(O3,OH)SO2等细粒子HC、NOx尾气、工业、燃煤hv1999年5-8月北京市

大气中臭氧浓度超标情况O3pollution:hourlychangeO3pollutioninBeijing:April-NovemberDailynon-attainment:1pm-5pmData:Qian-menStation,2000Mainwind

郊区上风向upwindsuburb城区urbanarea郊区下风向downwindsuburbThespatialdistributionofO3daytimeaverageconcentrationalongthenorthwestwinddirectionduringOctober11-20,1998

1998年10月11日—20日间O3日间平均浓度沿西北风向的空间分布Wind北京市空气中有机物浓度PerunitofGDPCO2emissionofmaincountries(kg/$)

(kg/$)HIGHCO2EMISSIONINTENSITYOFGDPYr1998OECDCountriesChinaWorld趋势大气污染范围扩大污染物排放强度降低颗粒物 复合型污染大城市氮氧化物和颗粒物污染加剧城市空气中臭氧与有机物污染 若不及时加以控制

必将更加恶化废气污染物排放强度变化图0.00.51.01.52.02.53.03.54.019911992199319941995199619971998吨/万元GDP二氧化硫烟尘粉尘趋势国外同领域发展现状TSP

已解决SO2

基本解决PM10基本解决NOX

和光化学烟雾 部分解决PM2.5

刚提上日程

大气环境问题的发展历程我国大气污染现状与特征我国大气污染的控制与治理解决大气环境问题的挑战修订《大气污染防治法》实施节能政策改善能源结构污染物排放总量控制控制燃煤酸雨和二氧化硫污染控制机动车尾气污染我国大气污染的控制与治理纳入《大气污染防治法》

二氧化硫排放总量控制划分酸雨和二氧化硫污染控制区“两控区”酸雨和二氧化硫污染综合防治方案排污收费

存在的问题：排放标准收费水平酸雨和SO2

综合防治措施DesignationofTwoControlZones机动车排放控制法规严格控制新车排放提前一年实施欧２标准要求一定比例的超低排放车/零排放车的使用实施排放缺陷车召回制度加强对在用车污染监控、治理强化I/M制度推行集中式管理(标准化)在用重型柴油车PM控制公交车采用CNG车替代推广清洁燃料及代用燃料 存在的问题：法规执行管理体系机动车尾气污染控制臭氧层保护

大气污染治理投资大气环境问题的发展历程我国大气污染现状与特征我国大气污染的控制与治理解决大气环境问题的挑战

***科学，技术，管理与政策***当前迫切需要解决的大气污染问题

复合型大气污染的控制需解决的科学问题(1)细颗粒物的源解析不同地区细颗粒物的特征不同源的排放特征由组成分析源贡献及危害复合型大气污染的形成机制及条件城市与区域的污染特征大气能见度与细颗粒物污染的关系颗粒物的输送及影响范围氧化剂与细颗粒物形成的关系气象条件与氧化剂和细粒子形成的关系需解决的科学问题(2)大气污染对人体健康的影响污染物对人体健康影响的生物学标志物的研究污染物剂量-反应关系研究预测毒理学研究

***相关学科***

环境化学 大气科学地球科学生命科学举例1:Valuationofhealthdamage

EconomicactivitiesenergyuseatmospherictransportpollutantemissionshumanexposureconcentrationsEconomiclosseshealthimpactsdose-responserelationsmonetizationpopulation技术需求(1)主要污染源控制技术革新机动车排放控制（氮氧化物，柴油车碳黑）煤燃烧排放控制（二氧化硫，氮氧化物，细颗粒物）洁净燃料替代技术有毒有害化学品源控制废气中重金属排放控制***学科的交叉与综合***

化学科学 工程与材料科学 工程热物理与能源利用举例2:国家重点基础研究项目燃烧源可吸入颗粒物的形成与控制基础研究不同温度下的可吸入颗粒物的动力学特性自然过程对可吸入颗粒物的作用机制可吸入颗粒物的固－固相、气－液－固相和液－固相形成演化机制挥发性物质的成核与生长机制可吸入颗粒物前体物的形成与演化燃烧源可吸入颗粒物的形成与防治的系统理论可能的突破点—科学层面指导改变燃料特性和燃烧条件，控制可吸入颗粒物的形成提出颗粒物脱除的新构思与新设想强化颗粒物自脱除作用，提出与其它污染物共同脱除的新概念最终形成具有自主知识产权的控制燃烧源可吸入颗粒物技术基础

可能的突破点—技术层面技术需求(2)监测技术源自动监测及系统化技术细颗粒物取样及分析技术大气质量监测系统产业化有毒有害化学品分析技术（环境荷尔蒙）***学科的交叉与综合***

化学科学 工程与材料科学 信息科学管理与政策(1)AirQualityManagementSystem管理与政策(2)配套的环境政策，法规及管理细粒子标准及基准制定（原标准的修订）典型区域或城市综合减排和控制样板区域交通管理模式能源与环境协调规划信息库可持续发展的能源战略环境安全性国际责任举例3:北京市大气污染控制对策研究2)北京市大气污染的成因和来源分析北京市大气污染复合特征研究不同类型排放源对大气污染的贡献率大气污染与气象条件间的关系北京市大气污染预报及预警技术研究

北京市重污染日预报预警、统计预报、数值预报北京市大气污染综合防治对策研究课题技术路线能源利用流动源工业污染无组织排放扬尘排放污染现状和特征排放趋势和预测控制措施技术经济分析能源、交通、工业、无组织和扬尘排放的污染控制措施和对策方案及技术经济分析现有措施的空气质量影响和有效性不同污染源防治组合措施方案设计北京市大气质量控制决策模式空气质量达标量化指标分析大气质量复合模式不同环境目标水平下2002年和2008年多种综合决策方案不同目标水平下各决策方案在2002和2008年空气质量预测2002年和2008年空气质量控制各决策方案的技术经济性分析1.大气污染防治目标的确定2.能源结构对大气污染的影响与能源结构调整对策3.交通污染源污染控制对策及技术措施4.工业污染防治对策5.无组织排放源防治对策研究6.大气污染综合防治措施和对策的方案决策分析:包括对策方案、控制费用、效果预测、社会影响是对管理学科的挑战主要研究内容ImpactsofClimateChangeonChina’sEcosystemandSocio-Economy

ThedistributionofmainvegetationtypewillsignificantlychangeVegetationdiversitywilldecreaseGlobalwarmingwillresultinmoreextremeweatherevents:drought,storm,strongwind,hightemperature,flood,sandstormSealevelhasrisenabout20-30cmoverthepast100yearsAgriculturewillfacethreecrucialproblems:aggravationofproductyieldfluctuation,changeofdistributionandstructure,increaseof