【中国大气污染化学研究】
中国大气污染化学的研究经历了20多个年头，在大气污染监测分析，污染物的表征以及化学转化等方面有较大的进展，取得了可喜的成果，填补了国内空白，有些方面达到或相当于国际先进水平，其主要表现在：
(1)从单一因素污染(单项污染物)的研究，向多因素(如污染源、污染物、环境因素等)及其相互作用下，环境质量总体的动态变化规律的研究发展。(2)从定性描述污染的状况，向大气污染的广度和污染程度的定量化发展。(3)由污染的现状调查，向污染发展趋势的预测预断发展。(4)由常规的分析测试和采样方法，发展到自制或建立适合我国当前研究大气污染化学的特殊测试方法与采样技术。比较特殊的分析测试方法：①无机污染物方面有大气中气态NH3的分离测定，ICP－AES同时测定大气颗粒物中大量、微量和痕量元素，气相色谱法同时测定NO、CO、N2O和CO2，热解2－氨基口白啶硫酸盐法测定大气、雨雪中的
、金属离子催化化学发光法测定雨水中的H2O2，催化氧化荧光动力学法测定H2O2，酶催化荧光法及化学发光流动注射法测定雨水中的H2O2，激光热透镜效应法测定痕量汞，放电流动－共振荧光法测定OH基和CFC－22中的痕量杂制裁等；②有机污染物方面有色谱－质谱法和还原－高压液相色谱－荧光法测定大气颗粒物中的硝基多环芳烃，两波长定域同步荧光光谱法快速测定苯并(a)芘，微分脉冲极谱法测定大气中痕量甲醛和甲醇，激光测定大气颗粒物中的总碳、光学－热解法测定颗粒物中的元素碳和有机碳，化学发光法测定大气和雨水中的过氧化氢等；③状态、结构分析方面有X射线光电子能谱和双晶体X射线荧光谱测定颗粒物中硫的化学状态，巯基棉及银丝捕集－冷原子吸收(或荧光)法快速测定大气中的挥发性汞(无机汞与甲基汞)，活性炭富集一阳极溶出伏安法分析大气中的四乙基铅，离子交换－原子荧光法测定无机砷和有机砷，气相色谱－原子吸收法对有机汞、硒、锡的形态分析。在采样技术方面：建立了各种类型的室内与室外用大气光化学烟雾箱，研制了降水自动采样器和被动式分段降雨采样器，被动式二氧化硫采样器，多层浸渍膜采样装置(可在一股气流中同时采集气态污染物如SO2、NO2、NH3、液态污染物如硫酸、硝酸和固态颗粒物)等。这些设备在光化学烟雾和酸雨的研究中发挥了关键的作用。(5)由单一污染源或一个城市(小尺度)范围的研究，发展到几个城市，几个省区(中尺度)范围的区域大气环境的研究。(6)由污染物的迁移，时空分布的宏观研究，向污染的来源识别，形成机制，生态与环境的效应及防治途径，控制的主要对象等微观发展，实现了宏观与微观相结合，成因与防治相结合的多学科，综合性的研究。(7)在理论模式的应用与研究中，从简单的统计分析，一维有源简单模型到气液平衡模式，多元统计受体模式及应用化学动力学常数的气相光化学反应模式，液相反应模式，云下降雨洗脱痕量气体和颗粒物等的各种化学模式，一直到建立在中尺度气象背景基础上包括云中和云下过程，痕量气体和气溶胶的传输，扩散，气液相化学反应及干湿沉降等多层次的，物理与化学相结合的综合性三维欧拉区域性模式，进入国际先进水平之列。中国大气污染化学研究的特点是从污染的实际出发，以任务带学科的方式贯串在各项研究实践之中。在完成任务的同时，也发展了学科，还培养与成长了科技人才，形成了一支能在实践中坚强作战的大气(污染)化学的科研力量。具有不同特点的代表性工作如下：(1)北京西郊环境质量评价研究，首次把地学的有关理论和方法应用于环境质量评价中。提出了一些新概念，新方法，把污染源，污染物与自然条件结合起来，将物理的与化学的因素作为环境质量总体的构成部分来综合评价。在评价的方法论和改善环境的规划方案和治理措施等方面起了指导性的作用。(2)“燕山石化地区无机元素环境污染的系统分析和综合评价”(中科院生态环境研究中心与燕山石化公司合作，1988年)的研究中，把大气、水、土壤等环境要素中元素的富集程度、分布状况、潜在危害影响等进行了综合分析与评价，应用富集因子，差别因子、浓缩系数及各种污染指数，阐明了该地区大气、水、土壤及生物受体中无机元素的污染水平与分配状况。如此全面而系统的综合分析与研究，在国内尚属首次，在国外亦很少见，有其特色。(3)“兰州西固地区光化学烟雾污染规律及防治对策研究”是石化工业污染地区研究光化学烟雾污染的典型。该研究将大气光化学与大气物理相结合，现场研究与室内外烟雾箱的模拟模式研究相结合；阐明了该地区大气污染的特征及光化学烟雾的现状，指出了与国外由汽车排气所造成的光化学烟雾有明显的不同，总结了光化学烟雾污染的规律，初步建立了大气质量模拟模式，提供了大气污染的综合防治对策。(4)“京津渤区域环境质量研究”中关于“大气中主要污染物的分布，扩散与转化规律”的研究，采用了气象铁塔和飞机采样等先进的探测手段和物理化学分析技术，通过区域大气野外试验，对颗粒物中多种无机和有机物，SO2的转化及对能见度的影响，进行了物理与化学、宏观与微观相结合的综合研究。阐明了污染物的分布与迁移规律。进行了70km距离六氟化硫的扩散试验，建立了反映区域特征，包括气象、化学转化、地面状况等的二氧化硫区域污染模式，揭示了中距离扩散的规律和京津两市SO2在不同气象条件下的相互影响，首次提出了控制有机致癌物的问题。如此大规模，具有山区、城市、平原、海洋多种特征的区域大气试验和多种类型污染物的成分、分布及其变化规律的综合性研究，在国内属首次，国外也不多。各项科研成果达到先进水平，为京津地区的区域规划和卫星城镇的建设及大气污染防治，提供了科学依据。(5)“京津地区大气污染与防治对策的研究”中，突出了不同粒度中无机元素与有机致癌致突变物的时空分布及粒度与化学组分之间的关系，为判别污染物的来源及其贡献率提供了更充实的基础。对SO2的转化，形成光化学烟雾的气体污染物等有了更深一步的研究，并与生态效应密切配合。在研究方法上和学术水平上均为国内先进，某些方面相当于国外同类工作的水平。(6)“酸雨形成的大气化学过程研究”是迄今我国大气污染化学研究中范围最广(复盖了四川和贵州，华南广东和广西及峨嵋山地区)，规模最大(参加单位40多个)，持续时间最长(从1982年迄今，且还在继续中)，参加人数最多(达1000余人)，涉及学科领域最多(包括了环境监测分析，环境化学，大气物理，大气化学，污染气象学，环境生物学，生态学，环境地学，环境工程学，金属腐蚀等)的大型综合性研究项目。采取实地调查与监测、现场同步联合观测和室内外模拟测试以及计算机模拟模式相结合的研究方式，以多目标(酸雨的形势、形成、影响、对策)，多方位(城区、郊区和背景区，江面、地面和高空，西南、华南和京津地区)，多因素(化学因素、物理因素、生物作用)、多种手段(飞机、航测、多元分析、物理测试、计算机技术)等的多种学科联合作战，获得了大量数据和可喜的成果。通过研究查清了我国酸雨的分布及其特点；明确了我国酸雨的形成特点，它不同于北美北欧，属硫酸型，城区重于郊区；其形成过程以局地源为主，云下洗脱为主；大气中颗粒物和气态氨及气象条件对酸雨现象是否出现，有其重要作用。研究结果表明，我国酸雨的危害和生态影响，亦明显地不同于国外那样出现“死湖”或大片森林连续地死亡。通过模式预测了酸沉降的发展趋势，提出了控制二氧化硫排放量的方案等等。多年来酸雨的研究取得了很大的成绩，也使我国的降水化学大大地前进了一大步。在学科内容上，由硫氧化物，氮氧化物及氨等气态污染物的化学，扩展到气溶胶(颗粒物)化学；从降水与颗粒物的组成关系，发展到降水酸化与中和的物理化学过程；由单元组分发展到多元组分的作用机制，逐步深化和开拓了研究的领域，使酸雨研究更上了一个层次。综上所述，我国大气污染化学的研究主要围绕了煤烟型大气污染的问题而开展的。20年来，发展了硫和气溶胶(颗粒物)化学；通过光化学烟雾污染的研究，发展了大气光化学；通过酸雨污染的研究，发展了降水化学。这3个领域正是大气(污染)化学3个重要的领域，也是国际上曾经或现今十分重视的大气环境问题。我国水污染化学和土壤污染化学，有其原来学科的基础，而大气污染化学则原为空白，由无到有，迄今已基本上形成了大气环境研究中初具规模的队伍和装备，发展较快。但总的看来，与国外相比，基础较薄，发展不平衡，大气颗粒物的表征研究较多，仍未达到更高的水平(如状态结构与环境行为的关系，转化机制等)，气相污染物(特别是有机物)及有关的化学转化过程，反应动力学机制(特别是活性物种)研究尚在起步阶段，对于全球性痕量气体的源与汇等研究，正在开始，所有这些都是大气(污染)化学研究的核心内容和重要课题。我国大气(污染)化学有了较长足的进展，但近10年来国外的发展更是日新月异，特别是全球性大气污染的问题成为当今世界关注的热点，大气(污染)化学的研究更被人们所重视。1．国外研究的发展趋势。从国外大气(污染)化学研究的发展过程来看，由50年代对污染物在大气中迁移、转化、反应及归宿等宏观过程，逐渐发展到90年代对原子、分子以及活性化学物种在大气环境中的空间行为、时间行为和化学行为等微观过程的研究，而且从城市的小尺度向全球性的大尺度发展，从短期效应深入到长期效应，从对流层化学向平流层化学发展。这是一种质的转变与提升，由此而使大气(污染)化学研究的理论、方法和测试计量技术相应的起了质的变化。新技术的开发和活性物种(如自由基、激发态原子或分子等)化学的研究亦随之活跃起来。因此，现今大气(污染)化学的前沿领域是在原子、分子及活性化学物种水平上研究它们在大气环境中的行为、变化过程与环境效应(或包括生态效应)。空虚领域基本上有两方面的内容：一是表征研究，主要研究化学物种的性质、分布、存在状态及在不同大气条件下性质的变化与消除的过程；二是反应过程研究，主要研究化学物种在不同大气条件下，特别是光作用下的化学反应过程、活化机制、耦合或复合作用等。这个领域才刚刚揭幕。《21世纪议程》提出了“保护大气层”要加强研究全球性气候变化的问题(涉及温室效应和臭氧层耗损等)，大气(污染)化学在这方面将大展其长，发挥其独特的重要作用。2．发展中国大气(污染)化学的指导思想和战略。中国现正处于改革开放、经济大发展，由传统经济发展模式转变为走持续发展的重要时刻。搞好环境保护工作，加强环境科学技术研究刻不容缓。但中国是个发展中国家，资财有限，以煤为主的能源结构暂不会改变，因此，只有从实际出发，既要看到全球性的问题和动向，又要结合我国国情。在研究当前或解决现实污染问题的同时，要为未来发展与污染防治作好准备或提供后备，某些科研工作应作先行。为此，我国发展大气(污染)化学的指导思想应是：面向世界，立足国内；着眼未来，侧重当前。通过20年来的实践表明，中国的大气污染问题及其特征，有许多方面不同于国外，有其自己的特点；由此对环境造成的影响与生态效应及其后果，也有明显的差异。例如我国北方某些城市冬季二氧化硫和颗粒物的浓度很高，但从未曾发生过像伦敦烟雾事件那种后果。又如北美和北欧国家酸雨影响湖泊水体，导致大量鱼类死亡，甚至绝迹；而中国酸雨严重地区，还未发现过类似现象。凡此种种表明，虽然污染物的化学反应机制在各个地区或国家都是同样的，但它在不同环境条件下的化学行为的结果是不同的，由此而引起的环境影响，生态效应也当然不同。因而，必须针对中国的现实情况，为解决当前问题；并看到全球范围，为未来发生影响的可能性，潜在的危险性，进行深入研究。其次，在研究的战略上应该是：以微观的化学研究为基础，宏观现象的研究为导向，以2000年我国环保战略为目标，密切结合中国实际，跟踪国际动向，加强国际合作，加速完善与形成具有中国特色的学术上高水平、实践上高效益的大气环境污染的科研体系，建立一支在理论上与实践上过得硬的配套的坚强队伍和技术力量，为实现2000年环保战略目标和促进中国环境科学技术的进一步发展，作出更大的贡献。【参考文献】：1 汪安璞．我国某些区域大气污染化学研究．中国环境科学年鉴．中国环境科学学会编．北京：中国环境科学出版社，1989．153～1702 徐晓白，等编．有毒有机物环境行为和生态毒理论文集．北京：中国科学技术出版社，19903 国家环保局编．大气污染防治技术研究．“七五”攻关环保项目论文集(成果汇编)．北京：科学出版社，19924 中国环境科学学会编．酸雨文集．北京：中国环境科学出版社，19895 戴乾圜．中国科学．1979，10：9646 中国环境科学研究院等．中国环境科学．1985，5(2)：17 中国科学技术学会编．气候变化与环境问题全国学术讨论会论文汇编．19918 唐孝炎，等．环境科学学报．1984，4(1)：33(中国科学院生态环境中心汪安璞研究员撰)