为大气环境做“体检” 让“二次污染”无处循行

　　秋末冬初本是大气污染高发季，但2019年京津冀的冬天远比往年更“碧蓝”。在这蓝天白云之下，有一项重要的技术在为打赢蓝天保卫战“保驾护航”，它就是——大气监测预警技术。

　　“大气‘监测预警’就像医院中的检验科，精细、准确、清楚地告诉你，大气是否有污染，整个污染程度如何。”在近日由中国21世纪议程管理中心召开的“大气污染监测预报预警技术交流会”上，中国工程院院士刘文清表示，虽然当前的PM2.5平均浓度显著下降，但是以臭氧、挥发性有机物为代表的“二次污染”不断显现，这对大气监测提出挑战，也是打赢蓝天保卫战必须攻克的难题。

　　交流会上，包括张远航、刘文清院士在内的专家就“大气污染成因与控制技术专项”（以下简称“大气专项”）中大气污染精细化监测预警技术的创新与突破进行了深入探讨，他们认为区域空气质量的调控，内因是排放，外因是气象，控制重在源头的监测和减排。

　　捕捉大气污染的隐形“杀手”

　　自由基，一个听起来活跃的名称，却在大气污染防治中扮演着“阴阳师”的角色。

　　一方面，它是大气有毒物质的“清道夫”，自由基的存在不断调节着大气环境中的有毒成分，使其不能聚集。另一方面，自由基会与人为排放的挥发性有机物发生氧化，再与氮氧化物发生反应，生成臭氧和二次气溶胶，对臭氧污染和颗粒物污染起到“核心”作用。

　　一把双刃剑竖在大气中，我们应该如何审视它？大气专项专家组给出的态度是客观精准、越细越好。

　　准确监测自由基是基于当前大气污染格局的变化趋势，北京大学环境学院研究员、“大气自由基及活性前体物在线测量技术”项目负责人李歆接受科技日报记者采访时表示，自2013年国务院颁布《大气污染防治行动计划》（简称“国十条”）以来，多方措施使PM2.5等一次污染缓解显著，但是，从颗粒物化学组成看，二次成分（即一次污染物的大气氧化产物）占比正逐年上升。而且，由挥发性有机物和氮氧化物在光照条件下发生链式反应生成的臭氧，其浓度水平和超标率在全国主要城市地区也呈现上升态势。

　　在上述“此消彼长”的污染物转换中，自由基就是那个缺其不可的“催化剂”。因此，自由基成为监测大气污染变化的一个重要指标，它的浓度与活跃度成为李歆团队眼中衡量大气氧化性水平的标志物。

　　自由基能轻松监测到吗？跟常规的气态污染物相比，自由基的浓度非常低。李歆介绍，大气中臭氧的浓度标准是160μg/m3（微克每立方米），换算成数浓度为2×1012 cm-3（分子每立方厘米）。而对大气氧化性贡献最大的羟基自由基（OH）的峰值浓度水平仅在107cm-3（分子每立方厘米）左右，相当于传统气态污染物浓度的十万分之一。而且，自由基的活性非常强，OH自由基的表面被任何物质碰到都会湮灭，这意味着它时刻都处在变化状态，使得测准自由基又增加了难度。

　　其实，测量OH自由基，从上世70年代开始研究，一直到现在仍有未能攻克的技术难题。李歆团队也是采用国际上已经成熟的技术路线——激光诱导荧光的方法，即用一束激光打到OH自由基上，激发OH自由基释放出荧光，通过监测荧光信号的强弱来判断OH自由基的浓度。

　　他们的方法创新之处在于，让激光测得稳、测得精、测得准。而背后依靠着自主设计的一套测反馈系统、一系列条件实验和软件模拟、一条自主建设的自由基浓度的发射装置……也正是这项技术和设备的成套应用，使得我国成为世界上第六个独立掌握这种技术来捕捉隐形“杀手”——自由基的国家。

　　监测固定污染源的超细颗粒

　　随着“国十条”等政策的出台，污染物排放标准越发严格，如今针对固定污染源的大气环境监测技术早已进入了超细颗粒物监控时代。

　　在清华大学能源与动力工程系教授丁艳军的项目报告中，记者看到，我国及世界热电厂等固定污染源颗粒物排放检测设备，虽能在线监测5mg/m3（毫克每立方米）以下的超低排放，但仅能测量排放烟尘的总质量浓度，无法实现细、超细颗粒物粒谱分布的高精度在线监测。

　　“传统的单路光颗粒物光学散射技术，只能获得与烟尘总质量浓度相对应的一维光学信息，而且当环境条件变化时，烟尘粒谱和折射率就会发生变化，该技术因无法感知烟尘特征变化，进而会影响测量结果的准确性。”丁艳军告诉记者，项目组根据光波与颗粒物之间的散射关系，利用信号测量和反演信号处理算法得出烟尘浓度中的PM10、PM2.5、PM1数值，最终实现固定污染源粒谱与质量浓度联合测量。