灰霾天气与大气颗粒物的相关性研究

灰霾天气与大气颗粒物的相关性研究摘要：近年来，随着城市化的进程的加快，城市的大气污染越来越严重，对人体的危害也越来越大。其中，影响最大之一的就是灰霾天气，它的组分复杂且众多，会使空气能见度减低，引起人体呼吸道疾病，危害人体健康。因此，灰霾天气的成因以及如何治理，广泛地引起专家学者和广大社会公众的热烈关注，成为了热点话题。本文介绍了灰霾的定义，组成，形成原因以及它的危害，综述了我国目前灰霾天气期间的大气颗粒物污染的地域分布，季节性特点以及污染现状，简要分析了地区灰霾天气能见度下降与大气颗粒物之间的关系。提出了应对灰霾天气的措施。关键词：灰霾天气大气颗粒物组成成分污染特点能见度相关性前言：我国灰霾天气在社会经济快速发展的背景下变得越来越严重，社会各界也加大了对灰霾天气的关注，什么是灰霾，它是由什么组成的，如何治理等问题成了大家关心的热点。本文首先就是从这些问题出发，解释了灰霾的形成原因以及它的危害，这是对灰霾的初步认识。然后对我国目前的灰霾天气的现状做了简单阐述，让人们了解到灰霾的污染特点。最后，研究了灰霾天气与大气颗粒物的关系，并提出应对措施，是这篇文章的重点。其中有例子表明各个地区的大气颗粒物的污染状况，使人们产生共鸣，感受自己在环境保护中的责任，积极参与到环保行动中去。一．灰霾的相关介绍（1）灰霾的定义在大气污染中，灰霾是一种人为污染造成的霾，根据中国气象局《地面气象观测规范》规定，霾是指在相对湿度小于95%的条件下，大量极细微的干尘粒均匀地漂浮在空气中，使水平能见度小于10km，远处光亮物略带黄、红色，黑暗物微带蓝色的空气普遍浑浊的现象。灰霾很容易被人误解为普通的雾霾，直到这种天气持续高频发生，使人们才意识到这是人为污染造成的，而不是一种自然现象。其辨别标准在我国科学界和气象业务人员之间分歧很大，著名的大气物理学家和资深教授们认为形成雾必须有核化过程发生，这需要过饱和的环境，活化粒子是环境过饱和比超过其临界直径的粒子。凝结核可能的过饱和核化湿度大致介于95%-101%。随着近年来对气溶胶物理化学性质的深入了解，普遍认为出现轻雾时相对湿度低于100%，但大于等于95%这种使用相对湿度作为辅助判据是较好的辨别方法。]1[（2）灰霾的组成成分大气气溶胶组成复杂且众多，广义上讲灰霾天气的本质是细粒子气溶胶污染。大气气溶胶主要来源于自然排放和人类活动的排放；也可以按照产生方式分为机械粉碎、燃烧、气粒转化和凝并、碰併等；按照组分可以分为无机成分（包括矿物粉尘（土壤尘、沙尘、火山灰）、海盐黑碳、硫酸盐、硝酸盐等）和有机成分（包括有机碳氢化合物、其他有机物（如优控苯并芘（PAHs）、持久性有机污染物（POPs）等）和有生命的生物气溶胶如：花粉、孢子、病毒、细菌和动植物蛋白碎屑等）、按照谱分布可以分为巨粒子（如降水粒子、云雾粒子、沙尘）、大粒子（如海盐、土壤尘、火山灰）、细粒子（如源于光化学烟雾）、超细粒子（如新粒子-气粒转化刚刚形成的分子团）等；按照辐射特性可以分为辐射吸收性粒子和散射性粒子等等多种分类法。而且气溶胶主要以混合物的形式存在，极少以单质的形式存在，气溶胶中的其他非水成物就是气象学所称的霾。]2[因而出现灰霾一词，指主要由人类活动造成的霾现象，灰霾天气的本质就是细粒子气溶胶污染。近年来由于人类活动大气气溶胶污染日趋严重，出现日数在大城市区域达到100-200d以上，强度也大大增加，能见度可以恶劣到1-2km。我国高频发生的城市灰霾天气现象主要是由于光化学污染所引起。由于我国城市污染气溶胶中包括许多尘、黑碳、硫酸与硝酸微滴、硫酸盐与硝酸盐等粒子，其散射波长较长的光比较多，因而灰霾看起来呈黄色或橙灰色。再加上，人类活动排放的气态污染物，比如二氧化硫、氮氧化物、一氧化碳等等，也能散射、吸收可见光，使得能见度恶化。灰霾天气已经成为我国东部城市群区域一种严重的灾害性天气现象。（3）灰霾天气的形成原因灰霾天气的形成，包括大气污染物的源排放和气象条件两个因素，其中大气污染物的源排放是导致灰霾天气的内因，气象条件是外因。概括起来，灰霾天气的形成原因有三，一是大气水平方向静风现象增多。城市大楼建的越高对风的阻挡和摩擦作用就越强。空气不流通，会使细小颗粒漂浮在空中，而不被扩散稀释。二是大气垂直方向出现逆温现象。高空的气温比低空气温更高，逆温层好比一个锅盖覆盖在城市上空，使得低空中的悬浮微粒难以向高空飘散。三是悬浮细颗粒物和气态污染物增加。城市地面的灰尘大，空气湿度低，人和车流的移动会使灰尘搅动起来；汽车数量的增多，向大气排放了大量的污染物；还有工厂排放的废气和冬季人们取暖排放的二氧化碳，加重了灰霾天气。]3[（4）灰霾的危害许多城市的灰霾天气频发，如兰州市在统计天数里，首要污染物是可吸入颗粒物出现的天数最多，一共有3077天，占统计总天数的93.66%，其中所有重度污染和重污染天气的首要污染物均为可吸入颗粒物。]4[这些颗粒物产生了很大的危害，概括起来，有四点：一是影响身体健康。灰霾的组成成分非常复杂，包括数百种大气颗粒物。其中有害人类健康的主要是直径小于10微米的气溶胶粒子，即PM2.5，它能直接进入并粘附在人体上下呼吸道和肺叶中。由于灰霾中的大气气溶胶大部分均可被人体呼吸道吸入，尤其是亚微米粒子会分别沉积于上、下呼吸道和肺泡中，引起鼻炎、支气管炎等病症，长期处于这种环境还会诱发肺癌。此外，灰霾天气导致近地层紫外线的减弱，紫外线辐射的减弱直接导致小儿佝偻病高发。还易使空气中的传染性病菌的活性增强，传染病增多。二是影响心理健康。灰霾天气容易让人产生悲观情绪，如不及时调节，很容易失控。三是影响交通安全。出现灰霾天气时，室外能见度低，污染持续，交通阻塞，事故频发。四是影响区域气候。使区域极端气候事件频繁，气象灾害连连。更令人担忧的是，灰霾还加快了城市遭受光化学烟雾污染的提前到来。二.大气颗粒物污染的地域分布及污染特点我国的黄淮地区、四川盆地、珠江三角洲和长江三角洲是4大灰霾严重地区，这些地区的经济发展较快，大气污染物排放严重，导致灰霾天气频繁发生，对人们的健康造成了巨大的危害。由于各地气候及地理环境的差异，导致灰霾产生的时间和季节分布也各不相同。如南京气象站和5个南京郊区气象观测站1961-2005年地面气象观测资料，得出南京地区6站灰霾天气均呈现出冬季春季秋季夏季的季节特征；广州市灰霾天气主要出现在10月至次年4月，冬季灰霾发生频率较高。]5[另外，通过淮安市大气颗粒物中PM10、PM2.5的监测与污染水平分析,得出了淮安市区PM10与PM2.5浓度呈冬秋季高,夏春季低的特征。]6[在对多个城市进行的颗粒物污染季节性变化特征进行了研究后，得出我国灰霾天气的季节分布是冬季最严重，春秋季次之，夏季最轻。初步分析认为是我国冬季取暖产生的二氧化碳较多，再加上冬季气温低，空气流动慢的季节特点等原因导致了冬季的灰霾现象较严重。目前的大气颗粒物污染比较严重，在北京，上海，天津，杭州，广州，兰州，太原，淮安等多市都出现过或多或少的灰霾天气，这些天气使能见度恶化，影响了人们的出行。在这些大气颗粒物中,细颗粒物（PM10，PM2.5）占了很大的比例。各地PM2.5的实时发布也得到了社会公众的广泛关注。但各地显示的数值却不容乐观。根据相关数据显示，今年二月份，全国161个城市中，有51个城市PM2.5小时浓度大于150微克/立方米，为重度及以上污染，其中有11个城市的PM2.5小时浓度超过250微克/立方米，为严重污染。三．灰霾天气期间大气颗粒物与能见度的相关性研究根据对多地灰霾天气的大气污染物成分的分析，发现灰霾天气的能见度下降与细颗粒物的浓度密切相关。研究表明，空气中飘浮的细小颗粒物对光具有吸收和散射作用，颗粒物的增加会导致大气透明度降低，使大气能见度恶化。其中，PM2.5与大气能见度线性相关系数高达0.96,即PM2.5的污染水平与灰霾的形成直接相关。以下是典型地区的统计数据。（1）1960-2000年浙江省灰霾天数年均值为7d,随着经济社会的的发展，2000-2008年,灰霾天气发生频率迅速增长,灰霾天数年均值增加到40d。据统计，杭州市区大气颗粒物浓度以细微颗粒PM2.5为主,PM2.5日均质量浓度为19～209μg/m3,年均质量浓度为68μg/ms.说明了杭州市灰霾天数的增加与颗粒物排放量的增加有着直接的关系。]7[（2）太原市的大气PM2.5质量浓度实时监测结果表明:灰霾期间(初起、进展、鼎盛、减弱4个阶段)大气PM2.5平均浓度达(692±272)μg/m3,是非灰霾期间(即灰霾消失阶段)的大气PM2.5平均浓度为(54±12)μg/m3的12.8倍。]8[说明灰霾期间太原市大气PM2.5污染严重，灰霾天气的发生与PM2.5浓度密切相关。（3）珠江三角洲能见度的恶化主要与细粒子关系比较大，PM10有一半年份的年均值超过国家二级标准的年均值限值(70μg·m-3)，而PM2.5年均值全部年份都超过国家二级标准的年均值限值(35μg·m-3),尤其是有些年份的年均值浓度超过标准限值的2倍，细粒子浓度甚高。因而在目前粤港地区的气溶胶污染中，主要是细粒子的污染，尤其是黑碳气溶胶污染严重。]9[（4）统计天津市自1980年以来的灰霾日数,80年代天津市灰霾日数基本维持在10天以内,90年代开始,灰霾日数急剧上升首次突破100日,进入2000年以来,灰霾现象更加频繁,其2003年灰霾日数创20余年来最高水平,达171天。其中的细颗粒物的比例不断升高,已成为城市空气质量的隐患,导致城市能见度不断下降,灰霾天气日趋严重。]10[以上四个例子都说明了灰霾天气能见度下降与大气颗粒物关系密切。其中，以PM2.5，PM10对灰霾天气的影响最大。四．应对措施首先，应建立灰霾指数预报和灰霾天气的预警机制。其次，应采取严厉措施限制机动车尾气排放和工业气体排放，以消除或减轻灰霾对城市的危害。同时城市群之间应统筹考虑灰霾的防治工作。作为地区性的气候灾害现象，治理时也要地区联手，才能达到最佳的治理效果。最后，在城市规划中，要注意研究城区上升气流到郊区下沉的距离，将污染严重的工业企业布局在下沉距离之外，避免这些工厂排出的污染物从近地面流向城区；还应将卫星城建在城市热岛环流之外，以避免相互污染。要充分考虑大气的扩散条件，预留空气通道。增加城市绿地，让城市绿地发挥吸烟除尘、过滤空气及美化环境等环境效益，从而净化城市大气，改善城市大气质量。从这几方面做好应对灰霾天气的措施，在不久的将来，我们一定会看见一个清澈的蓝天。五．结论我国灰霾天气在黄淮地区、四川盆地、珠江三角洲和长江三角洲最为严重，发生天数越来越多，其本质大多是大气细粒子气溶胶的污染。随着社会经济的发展，其成分越来越复杂，包括许多尘、黑碳、硫酸与硝酸微滴、硫酸盐与硝酸盐等粒子，再加上气态污染物，可以散射，吸收可见光，使能见度下降，对人们的危害也越来越大。因此，我们大家现在需要认识到灰霾和它的危害，从身边的小事做起，哪怕是少开车出行，也能对解决这种灰霾天气贡献一份力量。治理灰霾还需要一段很长的路要走。参考文献：[1]吴兑.灰霾天气的形成与演化[J].环境科学与技术,2011,34(3)：157-161[2]吴兑.近十年中国灰霾天气研究综述[J].环境科学学报,2012,32(2)：257-267[3]孙亮.灰霾天气成因危害及控制治理[J].环境科学与管理,2012,37（10）：56-64[4]郭勇涛,佘峰,王式功,刘炳杰,李江萍,王金艳.兰州市空气质量状况及与常规气象条件的关系[J].干旱区资源与环境,2011,25（11）：136-139[5]余建刚，吴建，郦颖，闵怀，周洋毅灰霾天气与大气颗粒物的相关性研究综述[J].环境污染与防治,2010,32（2）：91-96[6]蔡慧,林树生,吴敬波,尤小娟.淮安市区大气中颗粒物PM(10)、PM2.5污染水平[J].环境研究与监测,2009,32（2）：89-94[7]金均,吴建,蔡菊珍,周洋毅,张胜军,郦颖.杭州市灰霾天气基本特征及成因分析[J].环境污染与防治,20