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1.大气环境问题的发展历程2.我国大气污染现状与特征3.我国大气污染的控制与治理4.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TSPSO2酸雨SO2酸雨SO2NOxTSPPM10PM2.5TSPNOx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SizeTSPCoarseParticles粗粒子PM10InhalableParticles可吸入颗粒物PM2.5FineParticles细粒子ChemicalcompositionElementalcarbon,EC,sootOrganiccarbon,OC,adsorbedHCs,PAHetc.SolubleOrganicFraction,SOFMetals,(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0100002000030000400005000060000700008000090000195019601970198019902000年GDP,亿元城市化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051015202530357880858687888990919293949596979899年城市人口所占比率，%一次能源消费02000040000600008000010000012000014000016000057626570757880858687888990919293949596979899年能源消费总量，万吨标准煤EmissionTrendofSO2andDust0510152025MillionTons19811983198519871989199119931995199719992001YearDustSO2AcidRainDevelopmentpH7.0pH:5.6-7.0pH:4.5-5.6pH:4.0-4.5pH::3.5-4.0TaiWan:NAEarly80’sMiddle90’s40%oftotalland4mainregions城市二氧化硫年均值变化图00.020.040.060.080.10.121990199119921993199419951996199719981999毫克/立方米总平均值南方城市平均值北方城市平均值中国机动车增长趋势VehiclePopulationTrendsinPast15yearsinChina01000200030004000500060007000198519861987198819891990199119921993199419951996199719981999200010,000unitsVehicleMobileMC•NOxEmissions,Mt02468101214199019911992199319941995199619971998YearTotalNOxemissions(Mt/yr)0246810121416Totalenergyconsumption(100MtSCE)NOXemissionsEnergyconsumptionAnnualTrendofNOxEmissions72%fromcoal,21%fromoil城市氮氧化物浓度年均值变化图00.010.020.030.040.050.060.071990199119921993199419951996199719981999毫克/立方米总平均值南方城市北方城市北京、广州和上海市机动车保有量增长的年际变化020406080100120198019821984198619881990199219941996年份保有量?04/辆上海市北京市广州市广州市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:historicalchangeinBeijing•Thenationalstandard:160g/m3(hourly)010020030040050060070080090019901991199219931994199519961997199819992000Non-attainmenthours,hour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38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;butitincreasedinthedroughtareaofNorthwestChinaPrecipitationchangerateoverthepast50years1.大气环境问题的发展历程2.我国大气污染现状与特征3.我国大气污染的控制与治理4.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60150180203050100150200250天数50年代70年代80年代1994年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020406080100120140160北京清华园北京车公庄上海同济上海海南路我国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01234561月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月污染指数氮氧化物二氧化硫总悬浮颗粒物二级标准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020406080100超标比例总5月6月7月8月月份超一级标准比例超二级标准比例超三级标准比例O3pollution:hourlychange•O3pollutioninBeijing:April-November•Dailynon-attainment:1pm-5pm•Data:Qian-menStation,2000020406080100120140160180200024487296120144168192216240O3concentration,ug/m3SummerJuneWinterJan.050100150050100150200250距离（km）臭氧（ppbv）臭氧(ppbv)植物效应阈值空气质量标准Mainwind郊区上风向upwindsuburb城区urbanarea郊区下风向downwindsuburbThespatialdistributionofO3daytimeaverageconcentrationalongthenorthwestwinddirectionduringOctober11-20,19981998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污染物车公庄前门定陵美国康涅狄格州斯坦福市（1995）居民区允许值苯6.25.84.41.0（最大日均值1.9）甲苯109.19.42.2（最大日均值5.0）乙苯3.34.64.70.5（最大日均值1.0）苯系物25.926.22.4中午21.221.44.4甲醛夜间10.810.91.411.2（前苏联）中午8.89.64.1乙醛夜间3.94.30.87.0（前苏联）中午13.112.82.4丙酮夜间7.27.81.1中午909266臭氧夜间23252375（国际一级）北京市空气中有机物浓度01234PerunitofGDPCO2emissionofmaincountries(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1.大气环境问题的发展历程2.我国大气污染现状与特征3.我国大气污染的控制与治理4.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