全国2010年10月高等教育美育基础自考试题

我国PM2.5的污染状况和污染特征摘要:对中国大气中PM2.5的污染状况和污染特征进行了综述和分析，其中包括我国PM2.5质量浓度的时间、空间污染特征、来源解析以及与PM10的关系。关键词:大气颗粒物;污染特征;PM2.5;细粒子1前言PM2.5（也称大气细粒子，指的是空气中空气动力学直径小于等于2.5μm的悬浮颗粒物）的粒径小、比表面积大，易于富集空气中的有毒有害物质，并可以随着人的呼吸进入体内，甚至进入到肺泡和血液中，导致各种疾病[1、2]；它还是能见度降低的罪魁祸首[3]，据研究，由于PM2.5的污染，美国的能见度仅为自然能见度的30%；颗粒物对气候也有一定的影响[4]，它通过直接和间接两种途径影响气候，导致全球降温，2000年，Rosenfeld提供的卫星图片证明，气溶胶对降雨还有一定的抑制作用[4]，因而，对PM2.5的研究备受人们关注。美国在1997年颁布了PM2.5的空气质量标准[5]，规定年均值为0.015μg/m3，日均值为0.065μg/m3，而中国还没有关于PM2.5的标准。对中国PM2.5污染的时空分布、来源解析以及与PM10的相关性等特征进行综述，以期为其他工作人员提供参考。2浓度污染特征2.1区域特征图1国内外城市PM2.5浓度情况比较目前，我国还没有对PM2.5进行大规模的系统研究，只有部分城市在个别点位进行了一些短期的研究，监测结果见表1。图1[24]给出了我国和美国部分城市PM2.5的污染情况，都可以看出，我国PM2.5污染非常严重。在沿海地区，青岛、长江三角洲的上海、珠江三角洲地区的香港、深圳、珠海以及福建省的厦门、台湾省的Taichung等城市PM2.5的污染水平较低，这可能是特殊的地理位置所造成的；在内陆地区，南京、太原、柳州和南宁等污染非常严重，最高值（南京）可达到美国PM2.5日均浓度标准的4.6倍。从监测区域上看，我国对PM2.5的监测主要集中在东部和东南部地区，而且主要集中在北京、上海、南京、广州和香港等大城市；我国东北部和西部对PM2.5的监测非常少。从监测时间上看，早在1988年就有人对大气中的PM2.5（云岗和柳州）进行监测，但监测时间很短，这也是我国目前PM2.5研究的一大特征，有的甚至仅有几天，导致结果偶然性太大。另外，由于各城市对PM2.5监测时间不平行，采用的监测方法也不统一（不同的监测方法测得的结果存在一定的差异），大大降低了各城市之间PM2.5质量浓度的可比性，因此开展大规模的系统的PM2.5的监测研究非常必要。2.2时间变化特征于建华[6]等人采用RP1400aTEOM在线监测仪，对北京市的PM10和PM2.5的质量浓度的日变化进行了研究，发现两种粒子在全天的变化趋势基本上一致，分别在上午和夜间出现两个污染高峰，与王京丽[27]、谈荣华[14]等人的研究结果一致，这主要与人为活动、污染物排放以及气象条件有关。王丽京[27]等人取北京大学、东四和中国气象局探测基地3个观测站每个代表月的所有观测日的平均值作为北京市该季度PM2.5的质量浓度，对其季变化进行了研究，发现夏季PM2.5的质量浓度最高，秋季最低，春冬两季相差不大，刘咸德[10]等人对青岛PM2.5的研究也得到了相同的结果；而朱易[28]等人研究发现，南宁市PM2.5的污染春、冬季明显大于夏、秋季，陈明华[24]对上海PM2.5的研究也得到了相同的结果，冬季PM2.5的质量浓度（80.2μg/m3）要明显高于夏季（35.9μg/m3），该结果也与处于热带气侯的印度南部的特里凡得琅的研究结果相同；黄鹂鸣[23]对南京市不同功能区（交通区、居民生活区、商贸饮食区、化工区和风景旅游区）的PM2.5的质量浓度的季变化进行了研究，发现秋季各功能区污染水平明显低于冬春两季，交通干道、居民生活区、商贸饮食区的粒子浓度在冬、春两季差别不大，而对化工区、风景旅游区来说，冬季明显高于春季。PM2.5质量浓度季变化规律的不同可能与各地污染源排放结构、气象条件等因素有关，监测时间短也是一个重要原因。2.3空间变化特征王庚辰等人对北京地区PM2.5的质量浓度的垂直分布进行了研究，发现其随高度的增加而减小。在夏季，边界层中PM2.5的质量浓度为近地面相应值的90%左右，而在冬季则为70～80%。Wu人对澳门地区道路附近的PM2.5质量浓度的垂直分布进行了研究，发现PM2.5的质量浓度随高度的上升先下降，当高度上升至30米左右后，浓度变化趋于平缓，这与北京市[9]近地层PM2.5质量浓度随高度变化的趋势一致，杨龙[9]还进一步对PM2.5质量浓度的垂直分布轮廓线进行了回归分析，发现浓度随高度的变化成显著的对数关系，见表2。潘纯珍等人在重庆市道路旁不同的楼层高度测定了PM2.5的质量浓度，发现PM2.5随高度的变化不明显，到了30楼才开始有明显下降；潘纯珍还对道路水平方向上PM2.5质量浓度的分布进行了研究，发现其变化不明显。表1我国部分城市PM2.5质量浓度注：a表示1995年城区点，b表示1996年城区点；c表示1995年近郊点，d表示1996年近郊点。PU：PolytechnicUniversity;BU:BaptistUniversity;HT:HokTsui.表2PM2.5质量浓度随高度的变化注：Y代表PM2.5的质量浓度；X代表距地面高度。3相关性分析通过对PM10和PM2.5之间的相关性分析，可以初步判断两者是否来自相同的污染源，还可以根据PM10的质量浓度来估计PM2.5的质量浓度。表3出了我国部分城市PM10和PM2.5质量浓度的回归方程以及相关系数，可以看出，相关系数在0.7817～0.980之间，PM10与PM2.5呈显著性相关。表3PM10和PM2.5的相关性注：X代表PM10质量浓度,Y代表PM2.5质量浓度；4PM2.5/PM10（ρ值）的变化规律PM2.5与PM10的质量浓度的比值（ρ值）可以判断PM10中PM2.5的质量百分含量。表4给出了我国部分城市大气中的ρ值。可以看出，济南、武汉、兰州等地的ρ值较小，而南京，天津以及珠江三角洲地区的广州、深圳、珠海、香港等地的ρ值较大，这可能是因为济南、武汉、兰州等地的湿度较小，导致城市空气中的颗粒物受到粒径较大的扬尘（土壤风沙尘）的影响较大造成的；广州、武汉、兰州三地主城区的ρ值比近郊区要低，这可能是由于细粒子在大气中停留时间长，传输距离较远造成的。鲁兴还对北京市采暖期（2003/11/18-2003/12/04）期间夜间和白天的ρ值进行了研究，发现两者非常接近，分别为0.58和0.57，他还进一步对ρ值与风速、湿度的关系进行研究，发现ρ值与风速呈负相关，和湿度呈正相关，相关系数分别为-0.28和0.29。潘纯珍等人对重庆市道路地区的ρ值进行研究，发现街区主干道的ρ值最大，为0.6233，其次是郊区进城主干道，为0.4256，快速路和高速公路的ρ值非常接近，分别为0.4129和0.4114。街区ρ值较大可能是由于街区的峡谷效应使得大量机动车排放的颗粒物无法及时扩散造成的。5来源解析研究我国颗粒物来源解析方面的研究主要集中在TSP和PM10上，对PM2.5来源解析的研究较少。陈宗良[8]采用化学质量平衡法(CMB)、董金泉采用因子分析(FA)法。对北京PM2.5的来源进行了定性、定量研究，见表5。可以看出城区PM2.5的主要污染源为人为源（机动车尾气尘和燃煤尘），而清洁地区为自然源（土壤风沙尘）。表4部分城市的ρ值注：a代表主城区；b代表近郊区；表5北京PM2.5的来源解析结果注：*指的是北京东北方向距中心城区100Km处，监测为PM2.0；“—”表示没有该类污染源。张晶在不同的季节对北京市不同功能区的PM2.5的来源进行了研究，结果见表6。可以看出机动车尾气对PM2.5的贡献占很大的比例，不同功能区的主要污染源也不同的，钢铁工业区PM2.5的主要污染源为燃煤尘，而交通商业区为机动车尾气尘，各功能区在不同的季节主要污染物也是不同的。陈宗良[8]在不同季节对北京市PM2.5的来源进行解析研究，在冬季，由于供暖的原因，使得煤烟尘成为冬、春两季大气PM2.5的主要污染源；在夏季，气象条件有利于二次粒子的形成，从而使得二次粒子的贡献率最大。另外，刘咸德[10]等人对青岛市PM2.5的来源进行了定性研究，确定主要污染源为硫酸盐、海洋源、土壤扬尘和燃煤飞灰，机动车尾气尘的贡献相对较小；宋宇等采用正矩阵分解（PMF）方法对北京PM2.5的来源进行了定性分析，发现了6种污染源，即地面扬尘、建筑尘、生物质燃烧、二次源、机动车排放和燃煤尘。表6各功能区的PM2.5污染源贡献率（%）注：燕山代表有机化工区，东单代表交通商业区，北辛安代表钢铁工业区，东四代表居民区，环科所代表郊区。表7不同季节PM2.5污染源贡献率（%）[8]6其他宋宇等对连续高温天气期间北京市的PM2.5进行了研究，发现PM2.5质量浓度是非高温期间的2-3倍，这主要是由于活跃的光化学反应所造成的。另外，袁竹林等人对PM2.5在声波中的运动进行了研究，发现声波对空气中悬浮的PM2.5有显著作用，粒子在声场中受到周期作用力而产生周期性的运动，而且行波和驻波两种声场可使PM2.5产生显著的汇聚，行波声场的作用更强一些。7总论我国对PM2.5的监测是零散的、间断的，得到的结果也是局域性的，只有进行系统的、大规模的研究，才能对我国PM2.5的污染状况有清楚的认识，这对制定相应的标准也有重要的指导意义。参考文献:[1］滕恩江等．中国四城市空气中粗细颗粒物元素组成特征[J]．中国环境科学，1999，19（3）：238-242．[2］邵龙义等．都市大气环境中可吸入颗粒物的研究[J]．环境保护，2000，1：24-26．[3]ChanY．C．，SimpsonR．W．，MctainshG．H．，VowlesP．D．．SourceapportionmentofvisibilitydegradationproblemsinBrisbane(Australia)usingthemultiplelinearregressiontechniques[J]．AtmosphericEnvironment，1999，33：3237-3250．[4]ToonO．B．．HowPollutionSuppressesRain[J]．Science，2000，287（10）：1763-1765．[5]USEPAOfficeofAirandRadiation．Officeofairqualityplanningandstandardsfactsheet－EPA’srecommendedfinalozoneandparticulatemattersstandards[s]，1997．[6]于建华，虞统，魏强，王欣，时建刚，李海军．北京地区PM10和PM2.5质量浓度变化特征[J]．环境科学研究，2004，17（1）：45-47．[7]PillaiP．S．，BabuS．S．，MoorthyK．K．．AstudyofPM,PM10andPM2.5concentrationatatropicalcoastalstation[J]．AtmosphericResearch，2002（61）：149-167．[8]陈宗良，葛苏，张晶．北京大气气溶胶小颗粒的测量与解析[J]．环境科学研究，1994，7（3）：1-9．[9]杨龙，贺克斌，张强，王岐东．北京秋季近地层PM2.5质量浓度垂直分布特征[J]．环境科学研究，2005，18（2）：23-28．[10]刘咸德，封跃鹏，贾红，张冀强，马倩如，邵莹．青岛市大气颗粒物来源的定性研究[J]．环境科学研究，11（5）：51-54．[11]WeiF．，TengE．，WuG．，HuW．，WolsonW．E．，ChampmanR．S．，PauJ．C．，ZhangJ．．AmbientConcentrationsandElementalCompositionsofPM10andPM2.5inFourChineseCities．En