新德里空气中的极端夜间污染解释

在与印度顶级科学家的一项重大联合项目中，PSI 研究人员确定了为什么印度首都新德里夜间会形成烟雾，这与大气化学的所有规则背道而驰。他们的研究结果现已发表在《自然地球科学》杂志上。

在过去的三年里，新德里一直被评为世界上污染最严重的首都。其严重的空气污染是造成大量过早死亡的原因。在冬季，颗粒物含量超过每立方米空气 500 微克。要了解这个量级，请将此值与中国首都北京进行比较。在那个雾霾笼罩的大都市，一立方米的空气中“只有”70微克的颗粒物;而在苏黎世，这个数字仅为每立方米 10 微克。

冬天夜间的新德里，这些极高的颗粒物水平来自哪里?PSI大气化学实验室的一组研究人员一直在与包括印度坎普尔理工学院成员在内的当地科学家一起研究这个问题。他们找到了一个非凡的解释。“夜间空气中发生的化学过程是印度首都独有的，在世界其他任何地方都没有观察到，”PSI 的大气化学家、该研究的通讯作者之一 Imad El-Haddad 说. 在他们的研究中，研究小组发现，导致高浓度颗粒物的诱因是木材燃烧时排放的烟雾。生活在印度恒河平原的大约 4 亿人使用木材做饭和取暖，燃木是一种常见的做法。

有害气体混合物

这种火灾产生的气体混合物含有无数化合物，例如甲酚，我们的鼻子会联想到典型的火味，以及来自木材中燃烧的纤维素的糖样分子。即使在高浓度下，肉眼也无法在空气中看到这些分子。然而，随着夜幕降临，新德里的气温下降得如此之快，以至于一些气体分子凝结并在几个小时内聚集在一起，形成直径达 200 纳米的颗粒，可以看作是灰色的雾霾。“从气体到颗粒相的冷凝类似于烹饪时水滴在厨房表面形成的方式。大气中的粒子充当气体可以凝结的大表面，”PSI 的大气科学家 Lubna Dada 和该研究的作者之一说。

这个过程和其他地方很不一样。例如，就空气污染而言，北京可能是世界上研究最多的特大城市。然而，在中国首都的大气中，粒子的形成遵循不同的化学途径。在中国，交通和木材燃烧等排放的气体在白天暴露在光线下时会在大气中发生反应，从而形成不易挥发的烟雾，在雾霾期间能够形成颗粒。新德里也期望有这样的途径，但恰恰相反。直接排放的烟雾冷凝形成的雾霾发生在夜间，没有光氧化，这是由排放量增加和温度急剧下降驱动的。“我们首次证明半挥发性气体可以在夜间形成这种颗粒，

雾霾从何而来?

测量是在 2019 年 1 月和 2 月进行的。为此，来自印度、瑞典和瑞士的研究人员在新德里市中心设立了一个测量站，测量设备包括用于确定颗粒数量和大小的仪器，如以及它们的化学成分。部署的质谱仪非常灵敏，可以检测新德里空气中的数千种不同分子，其中颗粒浓度有时在相当于方糖的空气体积内达到数十万个颗粒。一些仪器来自 PSI，其他仪器来自印度坎普尔理工学院和斯德哥尔摩大学等合作伙伴。该市还设立了第二个测量站，配备缩小的设备，以验证颗粒物的形成确实是一种区域现象。瑞士的捐款由瑞士发展与合作署资助。

经过四年的数据分析和同行评审，结果才准备好发表在《自然地球科学》上. 在此期间，由 Imad El Haddad、André Prévôt、Claudia Mohr 和 Kaspar Dällenbach 领导的 PSI 大气化学实验室的四个小组，每个小组都有一个特定的专业领域，为将一切整合在一起做出了贡献。“目前正在进行更广泛的测量，全年在十个地点收集样本，其中五个在新德里本地，另外五个在周边地区，稍后将在我们的实验室进行分析”，安德烈·普雷沃特说，该研究的首席研究员。不同地点空气质量的长期变化可以得出关于更广泛的空气污染源的结论。“我的梦想是带着我们的移动实验室在印度的街道上行驶，以描述当地由不同种类的固体燃料燃烧造成的污染源，

印度对空气污染严重性的认识肯定有所提高，并且已经启动了一项雄心勃勃的清洁空气计划。“在这个由瑞士发展与合作署资助的项目中，PSI 科学家与当地研究人员合作，彼此分享他们的知识，以确定污染源。然而，要改善空气质量还有很长的路要走，因为这需要社会变革和公众意识”，El Haddad 总结道。

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