國(guó)家自然科學(xué)基金委出國(guó)培訓(xùn)班

中國(guó)大氣污染的現(xiàn)狀、趨勢(shì)

及科學(xué)需求郝吉明清華大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程研究院2002年9月25日大氣環(huán)境問(wèn)題的發(fā)展歷程我國(guó)大氣污染現(xiàn)狀與特征我國(guó)大氣污染的控制與治理解決大氣環(huán)境問(wèn)題的挑戰(zhàn)大氣環(huán)境問(wèn)題的發(fā)展歷程

70年代之前

80年代

90年代以來(lái)

煙塵TSP SO2

酸雨

SO2

酸雨

SO2

NOx

TSP

PM10PM2.5 TSP NOx

光化學(xué)煙霧

Ozone

臭氧層破壞

GHG

氣候變化

TOXICS(VOCs&PAHs)

人體健康

PARTICULATES

顆粒物SizeTSP CoarseParticles

粗粒子PM10

InhalableParticles可吸入顆粒物PM2.5 FineParticles

細(xì)粒子ChemicalcompositionElementalcarbon,EC,sootOrganiccarbon,OC,adsorbedHCs,PAHetc.SolubleOrganicFraction,SOFMetals,(fromfuel,enginewear,brakes,catalyst)UltraFine10um1um0.1umSulfatesNitratesAmmoniaCarbonLead(HM)OrganicsCoarseFineSoilDustSilicaSaltsPollenTireRubber2.5um顆粒物大小與來(lái)源PM2.5的環(huán)境效應(yīng)降低大氣能見度 陽(yáng)傘效應(yīng)云凝結(jié)核 致酸物質(zhì)干沉降 危害生態(tài)系統(tǒng)遠(yuǎn)距離輸送 區(qū)域性酸沉降污染物載體 攜帶有害有毒污染物進(jìn)入呼吸道 影響人體健康化學(xué)反應(yīng)床 多相化學(xué)反應(yīng)

城市總懸浮顆粒物污染趨勢(shì)00.10.20.30.40.50.61990199119921993199419951996199719981999毫克/立方米總平均值南方城市均值北方城市均值沉積在呼吸道中的粒子作為粒徑函數(shù)中國(guó)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展進(jìn)程城市化城市人口19500.58億19602.14億19993.89億城市個(gè)數(shù)198022319904671999667基礎(chǔ)設(shè)施滯后于城市化進(jìn)程一次能源消費(fèi)EmissionTrendofSO2andDustAcidRainDevelopment

pH>7.0pH:5.6-7.0pH:4.5-5.6pH:4.0-4.5pH::3.5-4.0TaiWan:NAEarly80’sMiddle90’s40%oftotalland4mainregions中國(guó)機(jī)動(dòng)車增長(zhǎng)趨勢(shì)

NOxEmissions,MtAnnualTrendofNOxEmissions72%fromcoal,21%fromoil北京、廣州和上海市機(jī)動(dòng)車保有量增長(zhǎng)的年際變化廣州市SO2和NOx年日均濃度及NOx/SO2比率的年際變化北京市1981-1997年SO2和NOx年日均濃度的年際變化低平流層Lowertroposphere氮氧化物+碳?xì)浠衔?陽(yáng)光=臭氧+各種氧化劑+顆粒物NOx+HC+light=O3+Oxidants+AerosolO3pollution:historicalchangeinBeijingThenationalstandard:160g/m3(hourly)

短暫暴露：

引起咳嗽，喉部干燥，胸痛，粘膜分泌增加，疲乏，惡心等長(zhǎng)期暴露：

可把瞬間影響逐漸積累嚴(yán)重暴露：

明顯損傷肺功能，影響呼吸道結(jié)構(gòu)，引起炎癥，改變透氣率

WHO推薦基準(zhǔn)：

1小時(shí)暴露150-200微米/米3

8小時(shí)暴露100-120微米/米3

兒童出現(xiàn)影響的最低濃度140微米/米3

與酸性氣溶膠（細(xì)顆粒物）結(jié)合有增效作用臭氧對(duì)人體健康的影響

臭氧對(duì)植物的影響O3是最重要的毒害植物的污染物：影響細(xì)胞滲透性；降低光和作用對(duì)根部的的營(yíng)養(yǎng)供應(yīng)影響根系向上部輸送水分、營(yíng)養(yǎng)O3長(zhǎng)期危害：可能導(dǎo)致某些地區(qū)高產(chǎn)作物消失，甚至使遺傳基礎(chǔ)也隨之消失O3對(duì)糧食產(chǎn)量影響：歐洲減產(chǎn)1-10%（空氣污染）；美國(guó)減產(chǎn)12-13%（光化學(xué)氧化劑），經(jīng)濟(jì)損失達(dá)19-43億美元；發(fā)展中國(guó)家不明臭氧對(duì)材料的影響染料與繪畫褪色相交脆裂臭氧的環(huán)境作用氮氧化物NOx碳?xì)浠衔颒ydrocarbon臭氧O3+OH自由基OHradical二氧化硫SO2氮氧化物NOx硫酸、硫酸鹽Sulfuricacidandsulfate硝酸、硝酸鹽Nitricacidandnitrate氮氧化物NOx顆粒物AerosolAnnualtrendsinCO2andCH4emissions(Streetsetal.,Science,294,1835-1837,2001)Warmingwinterhascontinuouslyappearedfor16yearsinChinaAnnualmeantemperaturechangeoverthepast50yearsinChinaTemperature(℃)AnnualaveragetemperatureWintertemperatureTheprecipitationsignificantlydecreasedinNorthChina;butitincreasedinthedroughtareaofNorthwestChinaPrecipitationchangerateoverthepast50years大氣環(huán)境問(wèn)題的發(fā)展歷程我國(guó)大氣污染現(xiàn)狀與特征我國(guó)大氣污染的控制與治理解決大氣環(huán)境問(wèn)題的挑戰(zhàn)我國(guó)大氣污染的現(xiàn)狀空氣質(zhì)量可吸入顆粒物對(duì)大氣能見度、大氣光化學(xué)煙霧、酸沉降有極大的影響北京市區(qū)全年能見度低于4km的天數(shù)我國(guó)城市空氣的PM2.5大大超過(guò)環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)PM2.5年平均濃度

g/m3清華大學(xué)和同濟(jì)大學(xué)環(huán)境系1999年測(cè)定我國(guó)PM10環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)美國(guó)PM2.5環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)我國(guó)大氣污染的現(xiàn)狀顆粒物濃度我國(guó)大氣污染的現(xiàn)狀2001年我國(guó)大氣污染的現(xiàn)狀2001年我國(guó)大氣污染的現(xiàn)狀我國(guó)當(dāng)前大氣污染的特征復(fù)合型煤燃燒+汽車尾氣+揚(yáng)塵能見度降低大氣氧化性增強(qiáng)以城市為中心，呈區(qū)域性我國(guó)當(dāng)前大氣污染的特征復(fù)合型:煤燃燒+汽車尾氣+揚(yáng)塵我國(guó)當(dāng)前大氣污染的特征:顆粒物污染與采暖季節(jié)的二氧化硫污染北京市空氣質(zhì)量季節(jié)變化趨勢(shì)例：大氣氣溶膠與氧化性大氣氧化劑(O3,OH)SO2等細(xì)粒子HC、NOx尾氣、工業(yè)、燃煤hv1999年5-8月北京市

大氣中臭氧濃度超標(biāo)情況O3pollution:hourlychangeO3pollutioninBeijing:April-NovemberDailynon-attainment:1pm-5pmData:Qian-menStation,2000Mainwind

郊區(qū)上風(fēng)向upwindsuburb城區(qū)urbanarea郊區(qū)下風(fēng)向downwindsuburbThespatialdistributionofO3daytimeaverageconcentrationalongthenorthwestwinddirectionduringOctober11-20,1998

1998年10月11日—20日間O3日間平均濃度沿西北風(fēng)向的空間分布Wind北京市空氣中有機(jī)物濃度PerunitofGDPCO2emissionofmaincountries(kg/$)

(kg/$)HIGHCO2EMISSIONINTENSITYOFGDPYr1998OECDCountriesChinaWorld趨勢(shì)大氣污染范圍擴(kuò)大污染物排放強(qiáng)度降低顆粒物 復(fù)合型污染大城市氮氧化物和顆粒物污染加劇城市空氣中臭氧與有機(jī)物污染 若不及時(shí)加以控制

必將更加惡化廢氣污染物排放強(qiáng)度變化圖0.00.51.01.52.02.53.03.54.019911992199319941995199619971998噸/萬(wàn)元GDP二氧化硫煙塵粉塵趨勢(shì)國(guó)外同領(lǐng)域發(fā)展現(xiàn)狀TSP

已解決SO2

基本解決PM10基本解決NOX

和光化學(xué)煙霧 部分解決PM2.5

剛提上日程

大氣環(huán)境問(wèn)題的發(fā)展歷程我國(guó)大氣污染現(xiàn)狀與特征我國(guó)大氣污染的控制與治理解決大氣環(huán)境問(wèn)題的挑戰(zhàn)修訂《大氣污染防治法》實(shí)施節(jié)能政策改善能源結(jié)構(gòu)污染物排放總量控制控制燃煤酸雨和二氧化硫污染控制機(jī)動(dòng)車尾氣污染我國(guó)大氣污染的控制與治理納入《大氣污染防治法》

二氧化硫排放總量控制劃分酸雨和二氧化硫污染控制區(qū)“兩控區(qū)”酸雨和二氧化硫污染綜合防治方案排污收費(fèi)

存在的問(wèn)題：排放標(biāo)準(zhǔn)收費(fèi)水平酸雨和SO2

綜合防治措施DesignationofTwoControlZones機(jī)動(dòng)車排放控制法規(guī)嚴(yán)格控制新車排放提前一年實(shí)施歐２標(biāo)準(zhǔn)要求一定比例的超低排放車/零排放車的使用實(shí)施排放缺陷車召回制度加強(qiáng)對(duì)在用車污染監(jiān)控、治理強(qiáng)化I/M制度推行集中式管理(標(biāo)準(zhǔn)化)在用重型柴油車PM控制公交車采用CNG車替代推廣清潔燃料及代用燃料 存在的問(wèn)題：法規(guī)執(zhí)行管理體系機(jī)動(dòng)車尾氣污染控制臭氧層保護(hù)

大氣污染治理投資大氣環(huán)境問(wèn)題的發(fā)展歷程我國(guó)大氣污染現(xiàn)狀與特征我國(guó)大氣污染的控制與治理解決大氣環(huán)境問(wèn)題的挑戰(zhàn)

***科學(xué)，技術(shù)，管理與政策***當(dāng)前迫切需要解決的大氣污染問(wèn)題

復(fù)合型大氣污染的控制需解決的科學(xué)問(wèn)題(1)細(xì)顆粒物的源解析不同地區(qū)細(xì)顆粒物的特征不同源的排放特征由組成分析源貢獻(xiàn)及危害復(fù)合型大氣污染的形成機(jī)制及條件城市與區(qū)域的污染特征大氣能見度與細(xì)顆粒物污染的關(guān)系顆粒物的輸送及影響范圍氧化劑與細(xì)顆粒物形成的關(guān)系氣象條件與氧化劑和細(xì)粒子形成的關(guān)系需解決的科學(xué)問(wèn)題(2)大氣污染對(duì)人體健康的影響污染物對(duì)人體健康影響的生物學(xué)標(biāo)志物的研究污染物劑量-反應(yīng)關(guān)系研究預(yù)測(cè)毒理學(xué)研究

***相關(guān)學(xué)科***

環(huán)境化學(xué) 大氣科學(xué)地球科學(xué)生命科學(xué)舉例1:Valuationofhealthdamage

EconomicactivitiesenergyuseatmospherictransportpollutantemissionshumanexposureconcentrationsEconomiclosseshealthimpactsdose-responserelationsmonetizationpopulation技術(shù)需求(1)主要污染源控制技術(shù)革新機(jī)動(dòng)車排放控制（氮氧化物，柴油車碳黑）煤燃燒排放控制（二氧化硫，氮氧化物，細(xì)顆粒物）潔凈燃料替代技術(shù)有毒有害化學(xué)品源控制廢氣中重金屬排放控制***學(xué)科的交叉與綜合***

化學(xué)科學(xué) 工程與材料科學(xué) 工程熱物理與能源利用舉例2:國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究項(xiàng)目燃燒源可吸入顆粒物的形成與控制基礎(chǔ)研究不同溫度下的可吸入顆粒物的動(dòng)力學(xué)特性自然過(guò)程對(duì)可吸入顆粒物的作用機(jī)制可吸入顆粒物的固－固相、氣－液－固相和液－固相形成演化機(jī)制揮發(fā)性物質(zhì)的成核與生長(zhǎng)機(jī)制可吸入顆粒物前體物的形成與演化燃燒源可吸入顆粒物的形成與防治的系統(tǒng)理論可能的突破點(diǎn)—科學(xué)層面指導(dǎo)改變?nèi)剂咸匦院腿紵龡l件，控制可吸入顆粒物的形成提出顆粒物脫除的新構(gòu)思與新設(shè)想強(qiáng)化顆粒物自脫除作用，提出與其它污染物共同脫除的新概念最終形成具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的控制燃燒源可吸入顆粒物技術(shù)基礎(chǔ)

可能的突破點(diǎn)—技術(shù)層面技術(shù)需求(2)監(jiān)測(cè)技術(shù)源自動(dòng)監(jiān)測(cè)及系統(tǒng)化技術(shù)細(xì)顆粒物取樣及分析技術(shù)大氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)化有毒有害化學(xué)品分析技術(shù)（環(huán)境荷爾蒙）***學(xué)科的交叉與綜合***

化學(xué)科學(xué) 工程與材料科學(xué) 信息科學(xué)管理與政策(1)AirQualityManagementSystem管理與政策(2)配套的環(huán)境政策，法規(guī)及管理細(xì)粒子標(biāo)準(zhǔn)及基準(zhǔn)制定（原標(biāo)準(zhǔn)的修訂）典型區(qū)域或城市綜合減排和控制樣板區(qū)域交通管理模式能源與環(huán)境協(xié)調(diào)規(guī)劃信息庫(kù)可持續(xù)發(fā)展的能源戰(zhàn)略環(huán)境安全性國(guó)際責(zé)任舉例3:北京市大氣污染控制對(duì)策研究2)北京市大氣污染的成因和來(lái)源分析北京市大氣污染復(fù)合特征研究不同類型排放源對(duì)大氣污染的貢獻(xiàn)率大氣污染與氣象條件間的關(guān)系北京市大氣污染預(yù)報(bào)及預(yù)警技術(shù)研究

北京市重污染日預(yù)報(bào)預(yù)警、統(tǒng)計(jì)預(yù)報(bào)、數(shù)值預(yù)報(bào)北京市大氣污染綜合防治對(duì)策研究課題技術(shù)路線能源利用流動(dòng)源工業(yè)污染無(wú)組織排放揚(yáng)塵排放污染現(xiàn)狀和特征排放趨勢(shì)和預(yù)測(cè)控制措施技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析能源、交通、工業(yè)、無(wú)組織和揚(yáng)塵排放的污染控制措施和對(duì)策方案及技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析現(xiàn)有措施的空氣質(zhì)量影響和有效性不同污染源防治組合措施方案設(shè)計(jì)北京市大氣質(zhì)量控制決策模式空氣質(zhì)量達(dá)標(biāo)量化指標(biāo)分析大氣質(zhì)量復(fù)合模式不同環(huán)境目標(biāo)水平下2002年和2008年多種綜合決策方案不同目標(biāo)水平下各決策方案在2002和2008年空氣質(zhì)量預(yù)測(cè)2002年和2008年空氣質(zhì)量控制各決策方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析1.大氣污染防治目標(biāo)的確定2.能源結(jié)構(gòu)對(duì)大氣污染的影響與能源結(jié)構(gòu)調(diào)整對(duì)策3.交通污染源污染控制對(duì)策及技術(shù)措施4.工業(yè)污染防治對(duì)策5.無(wú)組織排放源防治對(duì)策研究6.大氣污染綜合防治措施和對(duì)策的方案決策分析:包括對(duì)策方案、控制費(fèi)用、效果預(yù)測(cè)、社會(huì)影響是對(duì)管理學(xué)科的挑戰(zhàn)主要研究?jī)?nèi)容ImpactsofClimateChangeonChina’sEcosystemandSocio-Economy

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