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中国酸雨沉降机制、输送态势及调控原理/王韬
(博讯北京时间2010年8月09日 转载)
    
    酸雨是今世界上备受关注的重大环境问题之一。每年我国因酸雨和主要致酸气体(二氧化硫)造成的直接和间接经济损失高达1100亿元,已成为制约我国经济和社会可持续发展的一个重要因素。同时,悬浮于大气中的酸性颗粒物不仅严重危害人体健康,也是造成我国许多城市霾的主要原因之一。我国正处于经济快速发展期, 如果不采取果断有效的控制措施,主要致酸物质(二氧化硫、氮氧化物)的排放将持续显著增加,我国环境酸化的趋势将进一步加剧,这将给我国已处于重负之下的生态环境带来更大的威胁。酸雨污染的跨国界输送为我国环境外交增添了相当大的压力。
     (博讯 boxun.com)

    过去三十多年中, 我国在酸雨控制方面开展了大量的工作,先后进行了“六五”到“九五”的科技攻关,并制定了控制酸雨和二氧化硫污染的“两控区”方案,对区内二氧化硫排放进行了重点控制。然而,由于“两控区”面积仅占整个国土面积的11.4%,近年来“两控区”外二氧化硫排放量的增加在一定程度上抵消了区内的控制效果,二氧化硫排放的空间结构发生了明显变化。此外,随着我国汽车保有量的迅速增加,另一致酸物质氮氧化物的排放量上升,大气氧化性增强,同时我国大气中对酸雨具有中和作用的悬浮颗粒物在政府控制下呈逐年下降趋势,这些因素的存在使得酸雨问题与二十年前相比更为复杂。近年来的监测结果显示,我国酸雨不仅没有得到根本控制,反而有整体加重的趋势。表明我国以往仅仅针对“两控区”二氧化硫制定的控制对策已经无法解决日益严重的酸雨问题。
    
    本项目将全面掌握目前我国不同地区酸沉降强度,充分认识酸雨形成、输送和沉降机制以及酸性物质对生态系统的影响,并根据未来经济发展、产业结构调整和能源需求变化预测我国酸雨污染的发展趋势及演化规律, 制定切实可行的酸雨调控对策, 并为国家环境外交提供科学理论指导和技术支持。
    
    科学意义
    
    酸雨的形成及对生态环境的影响涉及到非常复杂的物理、化学及生物过程。酸雨的产生不仅与二氧化硫和氮氧化物有关,同时受大气中氨、颗粒物和大气氧化能力的影响;酸性物质可在大气中传输而导致酸沉降的跨界影响;酸沉降对生态系统影响的作用机制涉及致酸物质在大气—水—土壤—生物等典型环境介质之间的迁移过程。因此酸雨问题具有明显的地域特征。全面阐明我国酸雨形成的机理,特别是氮氧化物、氨、颗粒物在我国酸雨形成、分布及其生态影响的作用,是对世界酸雨研究的重大延伸和贡献,对东南亚酸雨控制也有重要的指导意义。
    
    科学问题
    1. 酸性物质在我国复杂排放条件和大气环境下的形成机制及输送沉降规律
    
    酸雨的形成和分布是大气中各种物理、化学过程综合作用的结果,涉及致酸前体物、碱性物质和氧化剂之间的多相化学反应过程,并与大气动力过程、云雾物理过程、边界层与自由对流层的交换过程等有着密切关系。本项目将通过不同地区多物种立体观测、实验室研究和数值模拟等手段,准确掌握我国不同气候背景和污染条件下酸雨形成的化学机制,特别是大气颗粒物、氨以及氮氧化物对酸雨形成的作用,确定“源-受体”间的定量关系,并准确掌握酸性物质跨界输送机制。 
    
    2. 我国典型生态系统对酸沉降的响应机制、过程及特征
    
    准确了解我国典型生态系统对酸沉降的敏感性及承载能力是制定酸雨控制对策的基础性科学问题。我国早期的酸雨研究多借鉴国外经验计算硫沉降对生态系统的影响,但缺少对这些计算方法的区域性校正和对计算结果的检验。因此,本项目将通过充分研究酸性物质在我国不同地区的土壤、水体和植被等生态系统中的迁移转化规律,掌握我国土壤酸化机制,建立生态系统对酸沉降(H+、硫酸盐、硝酸盐、铵离子)的相对敏感性等级及临界负荷值的科学计算方法,并研究酸沉降对生态系统的长期影响。
    
    3. 我国酸沉降控制的综合指标体系及调控原理
    
    鉴于目前对我国酸沉降控制综合指标缺乏科学的界定,本项目将通过深入研究酸性物质对生态系统的影响以及我国经济和社会发展的承受能力,建立控制酸雨的综合指标体系;在对污染源分布、酸雨形成、输送、沉降机理充分认识的基础上,建立新的国家酸雨控制理论体系,制定适合国家中长期发展的区域协同及多物种(如酸雨前体物、颗粒物及其它大气污染物)协同的综合控制对策。
    
     研究内容
    考虑到我国现阶段独特的酸雨污染特征,在前期酸雨研究的基础上,本项目将针对以下内容进行重点研究:
    
    1. 我国酸沉降相关物质的排放特征、降水化学区域分布和演变规律
    
    建立NOx、NH3、盐基阳离子和VOC排放量的科学估算方法并利用反推模式进行合理性检验,建立酸沉降相关污染源动态排放清单并预测未来排放趋势,以便为化学传输模式提供必需的输入数据。
    
    开展我国酸雨污染现状及酸雨化学成分时空分布调查和全面分析,建立具有区域代表性和典型酸雨污染特征代表性的监测系统;结合卫星遥感技术对大气颗粒物与气态污染物的时空分布进行反演,建立酸沉降时空演变数字化显示系统和酸沉降污染信息数据库。
    
    2. 我国典型地区酸雨的生成机制及碱性物质的作用
    
    了解我国不同地区致酸物质、大气氧化剂及颗粒物化学成分的分布特征,揭示我国酸雨前体物不同气象、大气氧化性及气溶胶含量条件下的转化规律,探明酸性物质在成云降水中的作用机理,为建立酸雨输送、沉降和影响综合评估模型提供参数及验证数据。鉴于碱性颗粒物的中和作用对我国酸雨区域分布、沉降规律及生态影响起着关键作用,并对未来酸雨污染发展趋势有重要影响,拟就碱性颗粒物在酸雨形成、传输和沉降过程中的反应转化、吸收、传输和沉降机制开展全面详细的研究。同时研究在我国颗粒物得到控制、大气碱性成分对酸雨的中和作用降低的情况下我国未来酸雨污染发展趋势。构造适合我国的酸化过程模块。
    
    3. 酸性物质的沉降特征及跨界输送规律
    
    发展我国的酸雨输送和沉降模式,分析酸性物质的区域性输送、沉降规律和相互影响,阐明酸雨跨省-国界传输及大气边界层与自由对流层的污染物交换规律,确定致酸污染源与沉降受体之间的关系。
    
    4. 酸性物质生态响应机制及临界负荷
    
    建立各类生态系统与酸性物质沉降间的定量响应关系,揭示酸性物质在多介质中的收支平衡和生态环境承载力。阐明酸沉降对我国典型森林植被和农作物的影响机制和损伤特征,认识土壤-水体的酸化机制和变化趋势,研究酸沉降对生态系统的长期影响,建立生态系统对酸沉降的相对敏感性、临界负荷的量化方法。
    
    5. 酸雨控制的综合指标体系和调控机制
    
    根据我国酸雨形成、传输、沉降和影响的定量研究,建立科学合理的控制理论体系;确定区域协调和多污染物协同的优化控制方案及未来酸雨的调控战略;并根据我国未来能源需求和污染物排放趋势,预测未来10-20年我国酸雨的发展趋势;建立酸雨的排放-沉降-损失综合评估模型,为政府提供管理平台。 _(博讯自由发稿区发稿) (博讯 boxun.com)
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