灰霾天氣的形成與灰霾監(jiān)測

盧照方

（中節(jié)能六合天融環(huán)?？萍加邢薰?，北京100085）

1 引言

灰霾又稱大氣棕色云，灰霾天氣加重空氣污染程度，使空氣混濁，能見度降低，危害人體健康。所以，都市灰霾的出現(xiàn)具有重要的空氣質(zhì)量指示意義［1］。分析灰霾天氣成因的氣象條件主要包括合適的大尺度天氣形勢；氣流停滯區(qū)、近地面靜小風(fēng)；大氣邊界層存在強(qiáng)逆溫層；強(qiáng)日照和低相對濕度以及以上條件持續(xù)多日維持等［2］。空氣中氣溶膠、細(xì)粒子污染加重灰霾天氣空氣污染，特別是在城市群密集區(qū)域大氣復(fù)合型污染問題凸現(xiàn)，導(dǎo)致城市能見度下降。為有效評定灰霾天氣對空氣質(zhì)量的危害程度，基于灰霾天氣與空氣污染的相互關(guān)系，對灰霾中各項(xiàng)污染物成分的準(zhǔn)確連續(xù)監(jiān)測顯得尤為重要。

中國氣象局對于灰霾的定義是，霾是一種天氣現(xiàn)象，是大量極細(xì)微的干塵粒等均勻地浮游在空中，使水平能見度小于10．0km的空氣普遍混濁現(xiàn)象，又稱灰霾。美國氣象學(xué)會的定義為顆粒物懸浮在空氣中，散射光而降低能見度；通常由氣溶膠和光化學(xué)煙霧組成。美國環(huán)?？偸鸬亩x為大氣中因大量而可見的氣溶膠，這些顆粒物十分細(xì)小，單個肉眼不可見，但引起所見物的扭曲和可見范圍的下降。

形成灰霾天氣的大氣氣溶膠主要來源于自然排放和人類活動的排放，但是在一段時期內(nèi)，無論是自然排放和人類活動排放的氣溶膠粒子的總量是大致穩(wěn)定的，而決定性的控制因素就是氣象條件?；姻蔡鞖獬霈F(xiàn)時，一般都伴隨著靜小風(fēng)、強(qiáng)日照和低相對濕度。嚴(yán)重的灰霾天氣無一例外地都出現(xiàn)在邊界層強(qiáng)逆溫的情況下，逆溫層如同一個鍋蓋，限制其內(nèi)物質(zhì)的擴(kuò)散和稀釋；另一方面，城市化、工業(yè)化的發(fā)展造成下墊面屬性改變，也使得城市大氣邊界層的物理結(jié)構(gòu)在發(fā)生變化。

2 灰霾天氣的形成

所謂灰霾天氣，是指空氣中的氮氧化物、顆粒物的總量大，導(dǎo)致能見度低?；姻蔡鞖獾男纬捎袃煞矫嬖颍床焕臍庀髼l件，大氣顆粒物（特別是細(xì)顆粒物PM2．5）和氣體污染物的增加。灰霾影響大氣環(huán)境質(zhì)量，影響氣候和能見度，影響人體健康，尤其是細(xì)顆粒物（PM2．5）會分別沉積于上、下呼吸道和肺泡中，引起鼻炎、支氣管炎等病癥，長期處于這種環(huán)境還會誘發(fā)肺癌。同時灰霾還會加快城市遭受光化學(xué)煙霧污染進(jìn)程。

由于經(jīng)濟(jì)規(guī)模迅速擴(kuò)大和城市化進(jìn)程加快，大氣氣溶膠污染日趨嚴(yán)重，由氣溶膠造成的能見度惡化事件越來越多，這些人類活動排放的污染物，包括直接排放的氣溶膠和氣態(tài)污染物通過化學(xué)轉(zhuǎn)化與光化學(xué)轉(zhuǎn)化形成的細(xì)粒子二次氣溶膠，可形成灰霾（特指人類活動源排放的大氣污染物誘發(fā)的低能見度事件），致使能見度下降。我國東部地區(qū)灰霾天氣迅速增加，灰霾天氣的本質(zhì)是細(xì)粒子氣溶膠污染，與光化學(xué)煙霧相關(guān)聯(lián)，形成灰霾天氣的氣溶膠組成非常復(fù)雜。近年來由于灰霾天氣日趨嚴(yán)重引發(fā)的環(huán)境效應(yīng)問題和氣溶膠輻射強(qiáng)迫引發(fā)的氣候效應(yīng)問題，廣泛地引起科學(xué)界、政府部門和社會公眾的關(guān)注，而成為熱門話題。

近年，在不利氣象條件下，區(qū)域性灰霾天氣在我國頻繁出現(xiàn)?；姻蔡鞖馀c我國車用燃油中硫的含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于歐美發(fā)達(dá)國家直接相關(guān)。根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析，目前我國新生產(chǎn)機(jī)動車排放水平落后歐美發(fā)達(dá)國家8年以上，轎車排放氫氧化物是美國的3．5倍，氮氧化物是美國的2．5倍，農(nóng)用車排放標(biāo)準(zhǔn)至少落后歐洲20年以上。

據(jù)有關(guān)調(diào)查顯示，北京市的灰霾天氣近幾年呈現(xiàn)逐年上升的趨勢。在北京市的道路兩側(cè)，交通微環(huán)境的污染物人均小時吸入量是北京市整體平均的污染物人均小時吸入量的5倍左右，這導(dǎo)致了呼吸道疾病發(fā)病率呈上升趨勢?；姻蔡鞖獾某霈F(xiàn)，使空氣能見度變差，影響海、陸、空交通運(yùn)輸，增加交通事故頻次，還造成空氣質(zhì)量下降，誘發(fā)鼻炎、支氣管等多種呼吸道疾病，危害人體健康［3］。

3 影響灰霾天氣產(chǎn)生的因素及其分析

空氣中能見度的變化有一定的延續(xù)性，灰霾發(fā)生的前后兩天的能見度相差較小。氣壓對灰霾天氣產(chǎn)生的影響較大。升溫的現(xiàn)象越明顯，灰霾越嚴(yán)重。且逆溫現(xiàn)象的出現(xiàn)對灰霾天氣的產(chǎn)生有一定的影響。總體上灰霾當(dāng)天的相對濕度均值要低于灰霾發(fā)生前一天相對濕度均值，這種趨勢越明顯，灰霾等級越輕。風(fēng)速和云量在灰霾當(dāng)天和灰霾前一日的變化不大，隨著風(fēng)速逐漸變小，云量逐漸加大，灰霾等級逐漸加深。

灰霾期間，隨著灰霾等級的加大，PM10、SO2和NO2濃度呈上升趨勢，O3濃度表現(xiàn)出下降的趨勢?；姻睬耙蝗盏臐舛刃∮诨姻伯?dāng)天PM10的濃度，兩者濃度的差異隨著灰霾嚴(yán)重等級的增加而逐漸加大?；姻舶l(fā)生后一天，大氣污染水平加重的可能性較大?；姻蔡鞖獬霈F(xiàn)后，有較強(qiáng)的連續(xù)性，越是嚴(yán)重的灰霾天氣，影響的范圍越大，時間越長。因此，應(yīng)該重視灰霾發(fā)生的3～5d。

氣象地形特征，污染源排放類型和地理分布，季節(jié)差異都會對灰霾的發(fā)生產(chǎn)生一定的影響，要準(zhǔn)確預(yù)測城市主城灰霾的發(fā)生，存在困難。初步統(tǒng)計分析，得出重慶主城灰霾發(fā)生的PM10參照基準(zhǔn)濃度為0．094mg／m3。當(dāng)?shù)?天能見度在5km以上，第2天較前一日氣溫升高、氣壓下降、相對濕度下降、云量有所減弱時，會比較容易發(fā)生灰霾天氣。

4 灰霾的監(jiān)測

專門的灰霾監(jiān)測系統(tǒng)包含氣溶膠監(jiān)測儀、水份監(jiān)測儀、VOCS監(jiān)測儀，能見度監(jiān)測儀、UV輻射計等，如需滿足預(yù)警預(yù)報，還應(yīng)配備大氣穩(wěn)定度監(jiān)測儀，系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)PM10、PM2．5、黑碳、二氧化硫、氮氧化物、一氧化碳、臭氧、大氣的穩(wěn)定度及氣象參數(shù)（包括風(fēng)速、風(fēng)向、溫度、濕度、大氣壓、降水、能見度、太陽輻射）等指標(biāo)的監(jiān)測，能夠很好的監(jiān)測造成灰霾天氣的主要物質(zhì)成分?；姻脖O(jiān)測將是對常規(guī)大氣監(jiān)測的有效補(bǔ)充，對于提高預(yù)防灰霾天氣，使得人們提前做好灰霾天氣防護(hù)措施，以及為灰霾污染的治理提供良好的依據(jù)都起著至關(guān)重要的作用。

隨著人們對灰霾危害認(rèn)識的加深，以及國家對灰霾治理的重視，目前已經(jīng)有部分城市建立了自己的灰霾監(jiān)測站，并開設(shè)了灰霾治理課題，這些灰霾監(jiān)測站點(diǎn)所提供的數(shù)據(jù)，可以為預(yù)防和治理灰霾天氣提供依據(jù)，同時也可以為氣象預(yù)測服務(wù)。

4．1 標(biāo)準(zhǔn)型灰霾監(jiān)測站

對灰霾監(jiān)測所必須的參量實(shí)施測量。主要監(jiān)測參數(shù)包括：氣象參數(shù)、能見度、氮氧化物、二氧化硫、臭氧、PM10、PM2．5、PM1、消光系數(shù)、渾濁度、黑碳濃度、氣溶膠光學(xué)厚度等。

4．2 擴(kuò)展型灰霾監(jiān)測站

在完成基本灰霾監(jiān)測后，為了開展更多的科學(xué)實(shí)驗(yàn)和收集更多數(shù)據(jù)而增加其它與灰霾相關(guān)的參量。主要監(jiān)測參數(shù)包括標(biāo)準(zhǔn)型灰霾監(jiān)測站所有參量、揮發(fā)性有機(jī)化合物、NOx、顆粒物粒徑分布、顆粒物化學(xué)成分、硫酸鹽、OC／EC、硝酸鹽、銨鹽等。

據(jù)了解，灰霾監(jiān)測站除配備了常規(guī)的環(huán)境空氣污染物監(jiān)測儀器外，還增加了能見度、濁度、有機(jī)碳、元素碳、氣溶膠粒徑、黑碳等灰霾監(jiān)測專用儀器。監(jiān)測站通過設(shè)在屋頂?shù)奶筋^收集空氣，然后利用各種儀器重點(diǎn)對大氣能見度、氣溶膠特性、氣溶膠質(zhì)量濃度等開展連續(xù)監(jiān)測，同時對臭氧等反應(yīng)性氣體進(jìn)行監(jiān)測，獲得其濃度值和相應(yīng)變化趨勢。

灰霾監(jiān)測站的建成彌有利于研究城市大氣灰霾、細(xì)顆粒與超細(xì)顆粒、揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOC）的來源、成因與轉(zhuǎn)化機(jī)理；更好地分析潛在的環(huán)境風(fēng)險，摸清污染來源，為構(gòu)建區(qū)域性灰霾監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)和預(yù)測預(yù)警系統(tǒng)奠定了基礎(chǔ)。

5 控制灰霾的措施及建議

（1）控制主要污染源。包括揚(yáng)塵污染；機(jī)動車尾氣污染；燃煤污染；區(qū)域聯(lián)防聯(lián)控。

（2）加強(qiáng)灰霾預(yù)測預(yù)報研究。開展灰霾天氣測預(yù)報預(yù)警方法的研究和業(yè)務(wù)平臺建設(shè)：為廣大市民提供防御指引；為政府實(shí)行動態(tài)調(diào)控的環(huán)保措施的決策服務(wù)。

（3）根據(jù)氣象條件動態(tài)調(diào)控。加強(qiáng)與氣象部門的合作，根據(jù)氣象條件的預(yù)測，對主要污染源實(shí)行動態(tài)調(diào)控。加強(qiáng)城市科學(xué)規(guī)劃和生態(tài)建設(shè)，開展顆粒物對人體健康影響研究，深入系統(tǒng)開展灰霾研究。

［1］吳 兌．再論都市霾與霧的區(qū)別［J］．氣象，2006（4）：61～62．

［2］鐘流舉．灰霾天氣背景資料［R］．北京：中國環(huán)境監(jiān)測總站部分省市站長座談會，2007．

［3］中央氣象局．地面氣象觀測規(guī)范［M］．北京：氣象出版社，1979．