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加快打造原始創(chuàng)新策源地,加快突破關(guān)鍵核心技術(shù),努力搶占科技制高點(diǎn),為把我國建設(shè)成為世界科技強(qiáng)國作出新的更大的貢獻(xiàn)。

——習(xí)近平總書記在致中國科學(xué)院建院70周年賀信中作出的“兩加快一努力”重要指示要求

面向世界科技前沿、面向經(jīng)濟(jì)主戰(zhàn)場(chǎng)、面向國家重大需求、面向人民生命健康,率先實(shí)現(xiàn)科學(xué)技術(shù)跨越發(fā)展,率先建成國家創(chuàng)新人才高地,率先建成國家高水平科技智庫,率先建設(shè)國際一流科研機(jī)構(gòu)。

——中國科學(xué)院辦院方針

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【中國科學(xué)報(bào)】打贏“哈長城市群”藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)

2019-12-31 中國科學(xué)報(bào) 辛雨
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語音播報(bào)

項(xiàng)目組進(jìn)行實(shí)地監(jiān)測(cè)。

科研人員進(jìn)行地面驗(yàn)證,獲得火的實(shí)際觀測(cè)貢獻(xiàn)值。

科研人員監(jiān)測(cè)顆粒物中無機(jī)與有機(jī)離子。

  自2013年10月吉林長春等東北主要城市PM2.5“爆表”的新聞報(bào)道以來,秋冬季重度大氣污染便成為哈長城市群(哈爾濱—長春城市群)地區(qū)每年如期而至的“回頭客”。

  從2018年秋季開始,哈長地區(qū)的空氣質(zhì)量得到了明顯改善;今年10月以來,這里的空氣質(zhì)量優(yōu)、良天數(shù)比例高達(dá)98%。這場(chǎng)藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)終于取得初步成效,但在中國科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所(以下簡(jiǎn)稱東北地理所)研究員修艾軍看來,這是一場(chǎng)持久戰(zhàn)。

  “大氣污染必須得管,可工業(yè)和農(nóng)業(yè)又不能停,需要找到一個(gè)既‘準(zhǔn)’又‘狠’的解決方案?!毙薨娬f。

  2017年,經(jīng)科技部批準(zhǔn),國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“東北哈爾濱—長春城市群大氣污染聯(lián)防聯(lián)控技術(shù)集成與應(yīng)用示范”項(xiàng)目正式立項(xiàng)。項(xiàng)目由東北地理所牽頭,修艾軍擔(dān)任首席科學(xué)家,全國10家優(yōu)勢(shì)單位聯(lián)合試圖從“立體監(jiān)測(cè)—預(yù)報(bào)預(yù)警—聯(lián)防聯(lián)控”出發(fā),提出治理哈長城市群大氣污染的整體技術(shù)解決方案,為地方政府打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)提供理論和技術(shù)支持。

  燒出來的重污染

  哈長城市群作為國務(wù)院批復(fù)的九大區(qū)域性城市群中最北部的一個(gè),包含哈爾濱、長春等重要工業(yè)和農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)基地。近年來,該地區(qū)秋冬季重度大氣污染頻發(fā),重污染天數(shù)比例最高可超過25%,通常持續(xù)3~7天,污染區(qū)域涵蓋整個(gè)松嫩平原。頻繁發(fā)生的重污染成為掣肘該區(qū)可持續(xù)發(fā)展乃至東北振興的重要難題,已然是管理部門的“心頭之患”。

  “大氣污染管控必須在明確污染成因的基礎(chǔ)上開展?!毙薨娤颉吨袊茖W(xué)報(bào)》介紹,過去,哈長城市群大氣污染的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬研究相對(duì)不足,致使重污染過程的機(jī)制并不明確。

  “聯(lián)防聯(lián)控只有在科學(xué)性的前提下才能有力度、有效果。因此在行動(dòng)前,必須明確污染的機(jī)制原理?!毙薨娬f。

  項(xiàng)目在國控空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)站點(diǎn)的基礎(chǔ)上,重點(diǎn)在哈長城市群的城郊和農(nóng)村建立了空氣質(zhì)量立體監(jiān)測(cè)網(wǎng),包括大氣污染物在線監(jiān)測(cè)、理化檢測(cè)、激光雷達(dá)、衛(wèi)星遙感等。同時(shí),結(jié)合大量實(shí)地調(diào)研,科研人員明確了秋冬季大氣重度污染的主要來源是農(nóng)作物秸稈集中露天焚燒和供暖燃煤燃燒。

  項(xiàng)目組采用源解析和敏感性數(shù)值模擬定量分析發(fā)現(xiàn),2018年以前,秸稈露天焚燒對(duì)哈長城市群區(qū)域重度污染期間的貢獻(xiàn)率高達(dá)37%。

  “特別是在集中供暖起爐期間,即使在氣象條件較好的情況下,燃煤燃燒對(duì)PM2.5濃度的貢獻(xiàn)率也高達(dá)40%?!毙薨姀?qiáng)調(diào),如果遇靜風(fēng)、高濕等不利氣象條件,或與其他污染源(如揚(yáng)塵等)相互疊加,污染程度就會(huì)顯著增加。

  “定制”預(yù)報(bào)預(yù)警

  空氣污染模式預(yù)報(bào)預(yù)警是區(qū)域性大氣污染防控的重要手段之一,但模式系統(tǒng)要想高效發(fā)揮作用,也要“因地制宜”。因此,實(shí)現(xiàn)空氣污染預(yù)報(bào)預(yù)警需要一套符合東北地區(qū)特點(diǎn)(低溫多雪)的模式系統(tǒng)和精細(xì)化排放清單。

  為了與吉林、黑龍江兩省空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)預(yù)警系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)接與升級(jí),項(xiàng)目組在省級(jí)區(qū)域尺度選取了3個(gè)國際主流空氣質(zhì)量模型,并采用歐盟空氣質(zhì)量法規(guī)化模型構(gòu)建了一套高精度預(yù)報(bào)預(yù)警系統(tǒng),空間降低尺度至1公里,依次開展地級(jí)市空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)。與此同時(shí),項(xiàng)目組還對(duì)模式中的關(guān)鍵理化參數(shù)等方案進(jìn)行了甄選優(yōu)化,同時(shí)構(gòu)建了重點(diǎn)污染源的高分辨率排放清單。

  修艾軍表示,針對(duì)主要人為排放源,我國各地相繼開展了排放清單研究工作,但是東北地區(qū)排放清單編制相對(duì)落后,尚不能滿足本地區(qū)大氣污染治理的需求。

  “排放清單既是影響預(yù)報(bào)結(jié)果優(yōu)劣的關(guān)鍵因素之一,又能依據(jù)它對(duì)目標(biāo)區(qū)域污染物進(jìn)行準(zhǔn)確快速的清單源解析,因此建立本地化的高分辨率排放清單十分必要?!表?xiàng)目課題負(fù)責(zé)人之一、東北地理所青年研究員陳衛(wèi)衛(wèi)告訴《中國科學(xué)報(bào)》。

  例如,東北冬季比南方冷,機(jī)動(dòng)車尾氣排放量在冷啟動(dòng)和運(yùn)行過程中會(huì)顯著高于南方。此外,東北供暖燃煤用量也顯著高于其他地區(qū),且區(qū)域間使用煤炭的品種不同,如農(nóng)村地區(qū)多使用較便宜的散煤,不同品種煤炭的排放量差異很大?!斑@便是具有‘東北特色’的排放源?!标愋l(wèi)衛(wèi)說。

  為此,項(xiàng)目組一方面測(cè)定了本地化的排放因子,另一方面通過大量實(shí)測(cè)和調(diào)研工作,獲得了包括燃煤、機(jī)動(dòng)車、秸稈焚燒、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、餐飲、煙花爆竹、道路揚(yáng)塵等多種污染源的哈長城市群本地化高精度排放清單。

  瞄得準(zhǔn) 打得狠

  在精準(zhǔn)的空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)預(yù)警系統(tǒng)的支持下,項(xiàng)目組進(jìn)行了大量情景模擬。例如,為降低空氣污染排放,采取哪些聯(lián)防聯(lián)控措施、每項(xiàng)措施能減排多少、相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)損耗是多少等,從而為管理部門預(yù)報(bào)預(yù)警和聯(lián)防聯(lián)控提供科技支撐。

  針對(duì)秸稈焚燒管控問題,項(xiàng)目組通過模式分析,建議相關(guān)職能部門分別在吉林省和黑龍江省執(zhí)行不同的秸稈焚燒管控方案,包含劃定各地區(qū)的秸稈禁燒區(qū)和限燒區(qū)(吉林省),以及指定時(shí)段全面禁燒區(qū)(黑龍江?。?。

  修艾軍解釋,秸稈禁燒區(qū)內(nèi)要力爭(zhēng)實(shí)現(xiàn)“零火點(diǎn)”;秸稈限燒區(qū)根據(jù)氣象條件、秸稈焚燒排放量和區(qū)域?qū)崟r(shí)空氣質(zhì)量等因素,進(jìn)行科學(xué)有序焚燒,定量評(píng)估秸稈管控的有效性,兼顧平衡大氣污染和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的關(guān)系。

  此外,針對(duì)鋼鐵、焦化、鑄造、水泥等不同行業(yè)的污染特點(diǎn),項(xiàng)目組協(xié)助相關(guān)部門分別做出應(yīng)急減排方案,并突出重點(diǎn)區(qū)域、重點(diǎn)時(shí)段和重點(diǎn)領(lǐng)域,參與編制落實(shí)打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)三年行動(dòng)計(jì)劃實(shí)施方案。接下來,項(xiàng)目組將開展不同行業(yè)大氣污染物排放量估算及重污染天氣減排量估算,并通過不同情景模擬,為管理者提供更多的減排管控方案。

  “我們采取了‘區(qū)域—地級(jí)’預(yù)報(bào)預(yù)警雙層并行模式,不僅注重區(qū)域尺度模式的優(yōu)化,開發(fā)的地級(jí)市空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)預(yù)警系統(tǒng)也進(jìn)一步提升了模擬預(yù)報(bào)的空間精度和管控的機(jī)動(dòng)響應(yīng)能力?!睎|北地理所副研究員張學(xué)磊告訴《中國科學(xué)報(bào)》。

  “項(xiàng)目已進(jìn)入預(yù)報(bào)預(yù)警系統(tǒng)調(diào)試優(yōu)化及聯(lián)防聯(lián)控機(jī)制效果評(píng)估技術(shù)攻關(guān)的最后階段,我們將持續(xù)為相關(guān)管理部門和社會(huì)公眾積極提供科技支撐和科普信息?!毙薨妶?jiān)定地說,科學(xué)家都鉚足了勁兒,為打贏這場(chǎng)哈長城市群藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)貢獻(xiàn)自己的一份力量。

打印 責(zé)任編輯:江澄

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