霧霾“鎖城”：會(huì)呼吸的痛

近日，《北京市空氣重污染應(yīng)急預(yù)案（試行）》正式發(fā)布實(shí)施。今后，當(dāng)北京市發(fā)布空氣污染 “預(yù)警一級(jí)（紅色）”，即預(yù)測(cè)未來(lái)持續(xù)三天出現(xiàn)嚴(yán)重污染時(shí)，將實(shí)施機(jī)動(dòng)車單雙號(hào)限行，中小學(xué)、幼兒園停課，有關(guān)企業(yè)停產(chǎn)等措施。該預(yù)案的發(fā)布，再一次引發(fā)了人們對(duì)霧霾天氣的廣泛關(guān)注。

隨著天氣逐漸寒冷，北京、天津、哈爾濱、石家莊、上海等城市被霧霾籠罩的天氣明顯增多。

不管是霧還是霾，都夾雜著各種空氣污染物，其中顆粒物最為引人注意。目前，顆粒物是我國(guó)90%以上城市的首要大氣污染物。相比可吸入顆粒物PM10，細(xì)顆粒物PM2.5與空氣污染的健康危害有更強(qiáng)的相關(guān)性。

1、PM2.5是什么？

如今，人們對(duì)PM2.5這個(gè)詞已經(jīng)耳熟能詳，但是PM2.5究竟代表什么，可能很多人還是不太明白。其實(shí)，它有一個(gè)容易理解的中文名——細(xì)顆粒物，是對(duì)空氣中直徑小于或等于2.5微米的固體顆?；蛞旱蔚目偡Q。這些顆粒如此細(xì)小，肉眼是看不到的，它們可以在空氣中漂浮數(shù)天。人類纖細(xì)的頭發(fā)直徑大約是70微米，這比最大的PM2.5還大了近三十倍。

PM是英文particulate matter（顆粒物）的首字母縮寫。準(zhǔn)確的PM2.5定義要在“直徑”之前加一個(gè)修飾語(yǔ)“空氣動(dòng)力學(xué)”，這可不是故作高深。

空氣中的顆粒物并非是規(guī)則的球形，那怎么定義又怎么測(cè)量其直徑呢？在實(shí)際操作中，如果顆粒物在通過(guò)檢測(cè)儀器時(shí)所表現(xiàn)出的空氣動(dòng)力學(xué)特征，與直徑小于或等于2.5微米且密度為1克/立方厘米的球形顆粒一致，那就稱其為PM2.5。這樣的定義也就決定了在測(cè)定PM2.5時(shí)，需要利用空氣動(dòng)力學(xué)原理把PM2.5與更大的顆粒物分開，而不是用孔徑為2.5微米的濾膜來(lái)分離。

理解了PM2.5的含義，就很容易理解PM10了——將定義中的2.5換成10即可，PM10也被稱為可吸入顆粒物。在PM10中，直徑在2.5至10微米之間的顆粒物被稱為粗顆粒物，與細(xì)顆粒物相對(duì)。

2. 灰霾天是PM2.5引起的嗎？

空氣中的顆粒物雖然肉眼看不見(jiàn)，卻能降低空氣的能見(jiàn)度。當(dāng)空氣中顆粒物的濃度過(guò)高時(shí)，藍(lán)天就會(huì)消失，天空變成灰蒙蒙的一片，這就是灰霾天。

空氣中不同大小的顆粒物均能降低能見(jiàn)度，不過(guò)相比于粗顆粒物，更為細(xì)小的PM2.5降低能見(jiàn)度的能力更強(qiáng)。

能見(jiàn)度的降低其本質(zhì)上是可見(jiàn)光的傳播受到阻礙。當(dāng)顆粒物的直徑和可見(jiàn)光的波長(zhǎng)接近的時(shí)候，顆粒對(duì)光的散射消光能力最強(qiáng)。可見(jiàn)光的波長(zhǎng)在0.4～0.7微米之間，而粒徑在這個(gè)尺寸附近的顆粒物正是PM2.5的主要組成部分。理論計(jì)算的數(shù)據(jù)也清楚地表明這一點(diǎn)：粗顆粒的消光系數(shù)約為0.6平方米/克，而PM2.5的消光系數(shù)則要大得多，在1.25～10平方米/克之間。硫酸銨、硝酸銨和有機(jī)顆粒物是PM2.5的主要成分，它們的消光系數(shù)都在3左右，是粗顆粒的5倍。

不難看出，PM2.5是灰霾天能見(jiàn)度降低的主要原因。

值得一提的是，灰霾天是顆粒物污染導(dǎo)致的，而霧天常常只是自然的天氣現(xiàn)象，和人為污染沒(méi)有必然聯(lián)系。兩者的主要區(qū)別在于空氣濕度，通常在濕度大于90%時(shí)稱之為霧，而濕度小于80%時(shí)稱之為霾，濕度在80%～90%之間則為霧霾的混合體。

3. PM2.5來(lái)自哪里？

PM2.5的主要來(lái)源是人為排放。

人類既直接排放PM2.5，也排放某些氣體污染物，在空氣中轉(zhuǎn)變成PM2.5。

直接排放主要來(lái)自燃燒過(guò)程，比如化石燃料（煤、汽油、柴油）的燃燒、生物質(zhì)（秸稈、木柴）的燃燒、垃圾焚燒。在空氣中轉(zhuǎn)化成PM2.5的氣體污染物主要有二氧化硫、氮氧化物、氨氣、揮發(fā)性有機(jī)物。其它的人為來(lái)源包括：道路揚(yáng)塵、建筑施工揚(yáng)塵、工業(yè)粉塵、廚房煙氣。自然來(lái)源則包括：風(fēng)揚(yáng)塵土、火山灰、森林火災(zāi)、漂浮的海鹽、花粉、真菌孢子、細(xì)菌。

PM2.5的來(lái)源復(fù)雜，成分自然也很復(fù)雜。其主要成分是元素碳、有機(jī)碳化合物、硫酸鹽、硝酸鹽、銨鹽。其它的常見(jiàn)成分包括各種金屬元素，既有鈉、鎂、鈣、鋁、鐵等地殼中含量豐富的元素，也有鉛、鋅、砷、鎘、銅等主要源自人類污染的重金屬元素。

根據(jù)北京市環(huán)保局公布的數(shù)據(jù)，2012年北京市空氣中的PM2.5有24.5%來(lái)自周邊區(qū)域的輸送，本地最重要的污染源是機(jī)動(dòng)車排放，占了22.2%。其它重要來(lái)源包括：燃煤16.7%，工業(yè)及溶劑使用16.3%，揚(yáng)塵15.8%，農(nóng)業(yè)及畜禽養(yǎng)殖秸稈燃燒4.5%。

知道了機(jī)動(dòng)車排放對(duì)PM2.5的重要“貢獻(xiàn)”，就不難理解為何北京市要在大氣污染紅色預(yù)警時(shí)施行機(jī)動(dòng)車限行了。

4. PM2.5對(duì)健康有什么危害？

PM2.5主要對(duì)呼吸系統(tǒng)和心血管系統(tǒng)造成傷害，包括呼吸道受刺激、咳嗽、呼吸困難、降低肺功能、加重哮喘、導(dǎo)致慢性支氣管炎、心律失常、非致命性的心臟病、心肺病患者病情加重。

老人、小孩以及心肺疾病患者是PM2.5污染的敏感人群。

如果空氣中PM2.5的濃度長(zhǎng)期高于10微克/立方米，死亡風(fēng)險(xiǎn)就開始上升。濃度每增加10微克/立方米，總的死亡風(fēng)險(xiǎn)就上升4%，其中心肺疾病的死亡風(fēng)險(xiǎn)上升6%，肺癌的死亡風(fēng)險(xiǎn)上升8%。

對(duì)于煙民而言，不可有“反正空氣污染，抽不抽煙一個(gè)樣”的心理，因?yàn)槲鼰煂?duì)健康的危害要大得多。吸煙可使男性患肺癌死亡的風(fēng)險(xiǎn)上升22倍（也就是上升2200%），女性的風(fēng)險(xiǎn)上升12倍（1200%）；使中年人患心臟病死亡的風(fēng)險(xiǎn)上升2倍（200%）。

從全社會(huì)的角度出發(fā)，降低PM2.5的收益是很大的。美國(guó)環(huán)保局在2003年做了一個(gè)估算：“如果PM2.5達(dá)標(biāo)，全美國(guó)每年可以避免數(shù)萬(wàn)人早死、數(shù)萬(wàn)人上醫(yī)院就診、上百萬(wàn)次的誤工、上百萬(wàn)兒童得呼吸系統(tǒng)疾病”。相比當(dāng)前的中國(guó)，美國(guó)當(dāng)時(shí)的空氣質(zhì)量已經(jīng)相當(dāng)不錯(cuò)，只有很少的地區(qū)存在略微的超標(biāo)。如果中國(guó)的PM2.5能夠達(dá)標(biāo)，社會(huì)收益無(wú)疑將會(huì)是巨大的。

上述關(guān)于PM2.5死亡風(fēng)險(xiǎn)的數(shù)據(jù)源自發(fā)表于《美國(guó)醫(yī)學(xué)會(huì)雜志》的一篇論文。這篇論文分析了參與者的死亡率和空氣污染之間的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)死亡率升高與PM2.5和二氧化硫的污染有關(guān)聯(lián)，而與粗顆粒物污染沒(méi)有可靠的關(guān)聯(lián)。論文的結(jié)論是基于長(zhǎng)達(dá)16年、對(duì)120萬(wàn)參與者的隨訪數(shù)據(jù)，是目前關(guān)于PM2.5污染增加死亡風(fēng)險(xiǎn)最可靠的證據(jù)。

5. 哪里能看到PM2.5的濃度？

我國(guó)于2012年2月發(fā)布了新的《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》，新增PM2.5為監(jiān)測(cè)指標(biāo)。新標(biāo)準(zhǔn)的正式實(shí)施時(shí)間要等到2016年，不過(guò)，目前已經(jīng)有許多省市提前實(shí)施了新標(biāo)準(zhǔn)。環(huán)保部要求各地區(qū)根據(jù)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)程度、技術(shù)管理水平的差異，分期實(shí)施新標(biāo)準(zhǔn)：“2012年，京津冀、長(zhǎng)三角、珠三角等重點(diǎn)區(qū)域以及直轄市和省會(huì)城市；2013年，113個(gè)環(huán)境保護(hù)重點(diǎn)城市和國(guó)家環(huán)保模范城市；2015年，所有地級(jí)以上城市”。

目前，PM2.5的監(jiān)測(cè)點(diǎn)已經(jīng)覆蓋中國(guó)大陸的所有省份，而且可以預(yù)期，在未來(lái)兩三年監(jiān)測(cè)點(diǎn)會(huì)越來(lái)越密集。

監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)是公開透明的，任何人都可以很方便地獲取。只要你有一臺(tái)可以上網(wǎng)的電腦，用谷歌或百度搜索到“全國(guó)城市空氣質(zhì)量實(shí)時(shí)發(fā)布平臺(tái)”，就可以查閱各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)最近1小時(shí)和過(guò)去24小時(shí)的PM2.5數(shù)據(jù)。

在開展監(jiān)測(cè)的每個(gè)城市都有數(shù)個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，由于空氣污染存在空間差異，各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)有時(shí)會(huì)有較大差異。選擇離你最近的那個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，因?yàn)樗臄?shù)據(jù)最能反映你所擁有的空氣質(zhì)量。

上述發(fā)布平臺(tái)不僅用顏色直觀地呈現(xiàn)空氣質(zhì)量，還難能可貴地提供了PM2.5濃度的原始監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。濃度數(shù)據(jù)是客觀的，而依據(jù)濃度劃分空氣質(zhì)量等級(jí)卻是人為設(shè)定的，各個(gè)國(guó)家的劃分標(biāo)準(zhǔn)會(huì)有區(qū)別。例如，按照我國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)，PM2.5日均濃度35微克/立方米對(duì)應(yīng)的空氣質(zhì)量為優(yōu)；按照美國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)，就要降一個(gè)檔次，變?yōu)榱?。如果你?duì)此“低人一等”的標(biāo)準(zhǔn)感到不滿意，現(xiàn)在也有了解決的辦法——你可以用網(wǎng)站發(fā)布的濃度數(shù)據(jù)自行換算為美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)。換算方法倒是不難，有一些耐心即可，不過(guò)相信多數(shù)人都會(huì)覺(jué)得沒(méi)這個(gè)必要吧！

6. 怎么測(cè)定PM2.5？

空氣中漂浮著各種大小的顆粒物，PM2.5是其中較細(xì)小的那部分。測(cè)定PM2.5的濃度需要分兩步走：

（1）把PM2.5與較大的顆粒物分離；

（2）測(cè)定分離出來(lái)的PM2.5的重量。

目前，各國(guó)環(huán)保部門廣泛采用的PM2.5測(cè)定方法有三種：重量法、β射線吸收法和微量振蕩天平法。這三種方法的第一步是一樣的，區(qū)別在于第二步。

將PM2.5直接截留到濾膜上，然后用天平稱重，這就是重量法。值得一提的是，濾膜并不能把所有的PM2.5都收集到，一些極細(xì)小的顆粒還是能穿過(guò)濾膜。只要濾膜對(duì)于0.3微米以上的顆粒有大于99%的截留效率，就算是合格的。損失部分極細(xì)小的顆粒物對(duì)結(jié)果影響并不大，因?yàn)槟遣糠诸w粒對(duì)PM2.5的重量貢獻(xiàn)很小。

重量法：是最直接、最可靠的方法，是驗(yàn)證其它方法是否準(zhǔn)確的標(biāo)桿。然而，重量法需人工稱重，程序繁瑣費(fèi)時(shí)。如果要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)監(jiān)測(cè)，就需要用到另外兩種方法。

β射線吸收法：將PM2.5收集到濾紙上，然后照射一束β射線，射線穿過(guò)濾紙和顆粒物時(shí)由于被散射而衰減，衰減的程度和PM2.5的重量成正比。根據(jù)射線的衰減就可以計(jì)算出PM2.5的重量。美國(guó)大使館那臺(tái)知名度很高的儀器依據(jù)的就是此原理。

微量振蕩天平法：一頭粗一頭細(xì)的空心玻璃管，粗頭固定，細(xì)頭裝有濾芯?？諝鈴拇诸^進(jìn)，細(xì)頭出，PM2.5就被截留在濾芯上。在電場(chǎng)的作用下，細(xì)頭以一定頻率振蕩，該頻率和細(xì)頭重量的平方根成反比。于是，根據(jù)振蕩頻率的變化，就可以算出收集到的PM2.5的重量。

7. 市面上有些儀器號(hào)稱可以測(cè)PM2.5，靠譜嗎？

和環(huán)保部門采用的標(biāo)準(zhǔn)方法相比，用非專業(yè)儀器測(cè)PM2.5是不可靠的，但很難說(shuō)到底有多不準(zhǔn)，只有拿來(lái)和標(biāo)準(zhǔn)方法對(duì)比一下才知道。測(cè)出來(lái)的數(shù)據(jù)也許能說(shuō)明一點(diǎn)問(wèn)題，比如能分辯出房間里有沒(méi)有人吸煙，是不是剛掃過(guò)地，可是這些你的鼻子也能做到吧。

市面上的非專業(yè)儀器是利用光散射的原理測(cè)定顆粒物濃度，這種方法并沒(méi)有被各國(guó)環(huán)保部門采納為標(biāo)準(zhǔn)方法，但是有依據(jù)此原理制成的專業(yè)儀器，在科研中也有運(yùn)用。

空氣中的顆粒物濃度越高，對(duì)光的散射就越強(qiáng)。光的散射相對(duì)容易測(cè)，把它測(cè)出來(lái)，理論上就可以算出顆粒物濃度了。但在實(shí)際運(yùn)用中，事情并沒(méi)有這么簡(jiǎn)單。

光的散射與顆粒物濃度之間的關(guān)系是很不確定的，受到諸多因素的影響，例如顆粒物的化學(xué)組成、形狀、比重、粒徑分布，而這些都取決于污染源的組成。這意味著光散射和顆粒物濃度之間的換算公式隨時(shí)隨地都可能在變，需要儀器使用者不斷地用標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行校正，沒(méi)有經(jīng)過(guò)科學(xué)訓(xùn)練的業(yè)余人士不大可能辦得到。

有研究者做過(guò)理論計(jì)算：利用光散射儀測(cè)定PM2.5，至少有30%～40%的不確定性。這種不確定性是這類儀器固有的，質(zhì)量可靠的專業(yè)儀器尚且如此，更何況市面上儀器的質(zhì)量并不都是理想的呢！