政府学界展开区域性臭氧及光化学烟雾污染的合作研究 制订科学的污染控制策略

香港科技大学环境研究所(港科大环境研究所)与香港特别行政区环境保护署(环保署)近日联合举行新闻发布会,介绍由香港环保署牵头,并由来自港科大、香港中文大学 (中大)、香港城市大学 (城大)和香港理工大学 (理大)的学者组成的大气合作研究团队开展的大规模研究计划。本次大型科研计划致力于研究和制订科学的区域臭氧和光化学烟雾控制策略。该计划同时有包括来自广东和澳门等众多国际专家和大气研究团队的参与。

政府和学术界联合研究小组,成员包括香港环境保护署助理署长(空气质素政策)梁启明博士(前排右四)、港科大环境研究所所长 刘启汉教授(前排左三)、加州大学尔湾分校 Donald R. BLAKE教授(前排左四)、赫尔辛基大学教授及Aerodyne Research副总裁Douglas WORSNOP教授(前排右三),及来自中大、城大和理大的合作伙伴。

本次大型科研计划汇聚跨学科的专业团队和尖端科技,旨在对导致香港和粤港澳大湾区臭氧和烟雾污染形成的排放源、污染传输路径、及传输演化过程等提高定量认识。

记者会上,港科大环境研究所所长刘启汉教授概述了区域臭氧和光化学烟雾污染问题及其对健康的重要影响。环保署助理署长(空气质素政策 )梁启明博士则介绍了该项跨越多年的综合研究计划,其中包括(1)在全港不同区域架设先进的研究仪器,在近地面持续和实时监测对臭氧和烟雾形成具有重要贡献的活性前体物种的变化;(2) 建设多站点雷达网络,连续监测风、臭氧和颗粒物的三维空间变化及其对香港空气污染的影响;(3) 建设综合的海、陆、空全方位监测和采样平台,实现及时和迅速的部署以追踪臭氧污染事件;(4) 建设「黄金标准」挥发性有机物 (VOC) 分析实验室,进行精确的世界级VOC成分分析,以支持和加强 VOC 采样和来源分析的需求;(5)利用最先进的光化学模型来综合分析多项监测结果,评估不同臭氧和烟雾污染控制策略的影响。此外,由香港和內地最顶尖的大气科学研究人员组成的专家科学督导委员会亦会密切监察研究成果和进展,确保以最佳的科学结果为基础来制定最终的臭氧和烟雾控制策略。

由港科大刘启汉教授(后排左一)和顾达萨教授(后排右三),以及加州大学尔湾分校 Donald R. BLAKE教授领导(后排左二)、在香港建立的VOC黄金标准实验室用作为参比实验室,以提高区内在VOC测量和分析方面的能力。

加州大学尔湾分校的Donald R. BLAKE教授强调了臭氧污染与排放控制的非线性特性,以及准确识别臭氧前体物对有效污染控制的重要性。他指出:「如果不能正确识别和掌握该地区的活性挥发性有机物,污染控制就会无效」。赫尔辛基大学教授、Aerodyne Research 副总裁 Douglas WORSNOP教授指出,大气污染物具有复杂的物理和光化学转化过程,他强调「解决臭氧污染问题需要多团队、跨领域专家的密切合作」,并且赞扬环保署协调组织该项大规模的合作研究计划。

背景资料:

在过去的二十年里,香港、澳门和广东省政府大力实施了各类减排措施,令大气中的二氧化硫 (SO2)、二氧化氮 (NO2) 和颗粒物 (PM) 的浓度得到显著下降。但是,大气中臭氧的浓度仍然很高,并且仍处于上升的趋势。在过去的两周此情况尤为显著,整个城市的空气质素健康指数(AQHI)几乎每天都达到「甚高」和「严重」级别,而臭氧则是导致短期健康风险升高的首要污染物。

臭氧问题的复杂性:有别于从污染源直接排出的污染物(如 SO2、CO),臭氧并非由直接排放产生,而是经由复杂的光化学反应形成,当中涉及空气中的活性前体物,包括氮氧化物(NOx)和挥发性有机物(VOC)。而高活性的VOC包括了多种人为和自然源释放的数百种痕量化合物。

此外,由于不同地区的工业活动的多样性和自然环境不同,活性前体物的组成因地而异。同时这些活性物质的环境浓度通常非常低(在万亿分之一的水平)。因此,要准确地识别和测量其浓度,我们需要运用先进的尖端科研仪器,并由经验丰富的研究人员遵循精心设计的采样和分析程序才能实现。

世界级的挥发性有机化合物实验室配备尖端仪器,可对挥发性有机化合物进行环境和来源表征的研究,并作为基准实验室支持香港和大湾区的空气质量监测网络。

研究工作的关键组成部分:

 1. 因此,本计划的第一项主要研究工作是连续监测作为臭氧前体物的活性有机物的成分和变化。由包括王哲教授(港科大)、和郁建珍教授(港科大)、陈泽强教授(城大)、何建辉教授(中大 )和李顺诚教授(理大)、领导的研究团队在城市、郊区、背景地区和大帽山山顶等多个观测站使用多种先进的质谱仪器,全面揭示香港地区大气的详细有机物成分。

2.  大气污染物的传输是个三维过程。因此除了在地面对大气成分进行定量观测外,对近地面大气边界层中的污染物传输的认识也十分重要。本研究的第二个主要部分是由林常青教授(港科大)领导在香港多个观测站利用雷射雷达连续观测大气中的风,臭氧和颗粒物的垂直分布和变化特征。

3.  虽然地基观测和雷达观测可以提供在特定地点的大气资讯,但空间覆盖仍然有限。因此,本研究的第三个主要部分是在重污染事件中开展海、陆空全方位的空气测量。该项工作包括由宁治教授(港科大)和 顾达萨教授(港科大)领导的基于香港政府飞行服务对的直升机观测平台,王哲教授(港科大)牵头的船舶走航观测平台,及在香港、澳门和广东同时部署的80个网格化协同采样站点。

4.  更详细的采样观测意味着对准确的VOC采样分析的需求也大量增加。这不仅对香港的研究有意义,同时对理解和评估大湾区日益严峻的臭氧污染问题也至关重要。因此,本研究的第四个主要部分是在香港建立的VOC黄金标准实验室。该实验室在香港环保署和创新科技属的支持下,由刘启汉教授(港科大)和 顾达萨教授(港科大)领导。该实验室旨在作为参比实验室,以提高区内在VOC测量和分析方面的能力。

5.  经例行和阶段性测量产生的观测数据将由初始研究团队进行分析,以及由袁自冰教授(广州华南理工大学)领导的源解析研究组分析臭氧生成重要前体物的主要污染源。

6.  同时,由冯志雄教授(港科大)领导的数值模型模拟研究组将利用这些观测资料,以改进和验证用于香港和大湾区的臭氧和烟雾研究的空气质素预测模型。其后,在源解析研究的基础上,开展情景分析,以综合评估不同排放控制策略对降低香港和大湾区臭氧污染的成效。 

梁启明博士强调:「这是迄今为止在粤港澳大湾区开展的最详细和最全面的区域臭氧研究,而跨大学合作是项目成功的关键。」这项合作性研究的进度亦会由八位专家组成的科学指导委员会密切监督,学者包括郝吉明院士(清华大学)、张远航院士(北京大学)、王自发教授(中科院大气物理研究所)、王新明教授(中科院广州地球化学研究所)、郑君瑜教授(暨南大学)、张永波教授(广东省环境科学研究院)、刘启汉教授(港科大)和王韬教授(理大)。科学指导委员会每年至少召开一次会议,审视主要的研究结果和进展,并就研究计划和方法的发展和改进提供建议,以确保整个项目的研究工作能充分考虑并采用最新的科学资讯。

除了科研工作之外,刘启汉教授鼓励青年研究人员珍惜难得的机会,多参与这类大型的、具影响力的、跨学科的研究项目。他说:「虽然牵涉的的工作会非常辛苦,甚至会在过程中与研究团队队员发生争辩。然而,当你坚持到最后,你会在参与大型的跨领域项目中研究人员将会逐渐积累宝贵的合作经验。另外,当看见你的研究成果能够被更广泛的应用,真的会让你打开眼界,有助你的专业及领导能力的培养和发展。」