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北大科研进展

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环境科学与工程学院研究表明 氨减排降低大气霾污染的同时可加剧酸雨问题

201942日,《美国科学院院刊》(Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America)以"Ammonia emission control in China would mitigate haze pollution and nitrogen deposition, but worsen acid rain"DOIhttps://doi.org/10.1073/pnas.1814880116)为题,在线发表了美高梅手机登录网站环境科学与工程学院宋宇教授、朱彤教授(同属环境模拟与污染控制国家重点联合实验室美高梅手机登录网站)等关于氨气减排在大气污染治理中作用的新认识。

氨气是大气环境中含量最为丰富的碱性气体,在大气环境和生态系统中扮演着重要角色。氨气一方面可以促进硫酸盐、硝酸盐的生成而增加大气细颗粒物(PM2.5)的浓度,另一方面可以中和大气酸性物质,降低酸雨对生态环境的影响。密集的氮肥施用和畜牧业养殖等农业活动使中国成为全球氨排放最高的区域之一。中国计划未来几年削减农业氨排放,以降低大气PM2.5污染。但是,在化石燃料排放大量二氧化硫和氮氧化物的背景下,氨减排可能加剧酸雨等生态环境问题,而目前对这种复杂的综合效应缺乏定量的分析。

针对上述问题,美高梅手机登录网站环境科学与工程学院、环境模拟与污染控制国家重点联合实验室(美高梅手机登录网站)的地气交换研究小组基于多年氨通量观测和自主研发的氨排放模型,结合三维空气质量数值模拟,评估了中国氨排放削减潜力,重点揭示其对大气霾(PM2.5)污染、氮沉降和酸雨的复杂的综合效应。

研究表明,中国目前高强度的氨排放主要是由粗放的农业生产模式导致的。如果提高氮肥施用效率和加强畜牧业养殖的粪尿管理,全国氨气年排放量可下降50%。国家计划2015?2020年二氧化硫和氮氧化物减排15%,如果同步削减50%的氨排放,全国重点区域(华北、南方地区和四川盆地地区)年均PM2.5质量浓度可下降7.0?11.2 μg m?3,占总浓度的11?17%,主要来自于硝酸铵浓度的下降。氨减排降低PM2.5的效果在冬季霾天气更加明显,平均PM2.5浓度可下降13.4?20.0 μg m-3。氨减排也可以同时降低大气氮沉降量,使得全国氮沉降超过临界负荷的面积由2015年的163万平方公里降低至86万平方公里。但值得警惕的是,氨减排将导致全国重酸雨污染面积扩大15万平方公里,其中我国东部地区的降水酸化将明显增强,年均降水pH降幅可达1.0个单位。因此,中国氨减排一方面有利于降低PM2.5浓度,减少人群暴露风险,但另一方面会带来酸雨问题的恶化,对生态系统产生不利影响,需要依据环境和生态效应分区域制定我国氨减排计划。

基于费用-效益分析,该研究提出华北地区氨排放可在未来几年削减20?30%,而南方地区和四川盆地需进一步优先控制二氧化硫和氮氧化物。该研究成果对改善中国大气污染状况和保护生态系统具有重要的引导意义。

 

氨(NH3)在大气环境中的复杂效应示意图

环境学院宋宇教授和朱彤教授为本文的通讯编辑,环境学院2014级博士研究生刘明旭和南京大学大气科学学院黄昕副教授为本论文的共同第一编辑。中国气象科学研究院、中科院地球环境研究所、香港科技大学和四川大学等十余家单位参与了本研究工作。研究得到了国家自然科学基金委重大研究计划(91644212)和国家重点研发计划(2016YFC0201505)的资助。

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