京津冀地區(qū)霧霾及影響因素研究

錢 萌

（深圳市利賽環(huán)?？萍加邢薰?廣東深圳 518001）

造成霧霾天氣的主要原因有三種，一是自然環(huán)境因素，即冷空氣活動(dòng)弱，穩(wěn)定類大氣天數(shù)多，穩(wěn)定天氣造成污染物在大氣底層積聚；二是環(huán)境污染因素，污染顆粒粒徑小于2.5μm即PM2.5是造成霧霾天氣的主要原因。PM2.5主要來自汽車尾氣、冬季燃煤、汽修噴漆、建筑及交通揚(yáng)塵。三是地理環(huán)境原因，城市建筑阻隔空氣水平及垂直流動(dòng)，進(jìn)一步加劇了霧霾天氣。開展京津冀地區(qū)霧霾污染及相關(guān)污染物特征的分析有利于決策者對(duì)京津冀污染現(xiàn)狀的認(rèn)知,對(duì)于這一區(qū)域的污染防治和霧霾治理具有重大意義[1]。

1 霧霾

1.1 組成

霧霾的成分復(fù)雜，包括數(shù)百種高濃度的細(xì)小顆粒物，PM10是空氣動(dòng)力學(xué)當(dāng)量直徑小于10μm的顆粒物，PM2.5是空氣動(dòng)力學(xué)當(dāng)量直徑小于2.5μm的顆粒物。排除由降雨和沙塵天氣等影響視線的氣象天氣,將能見度不足10km,且空氣動(dòng)力學(xué)粒徑小于2.5μm的污染物日均濃度超過75μg/m3,相對(duì)濕度低于90%的情況可以視為霧霾天[2]。

1.2 危害

現(xiàn)階段大量研究表明空氣中這些可吸入顆粒物對(duì)人體危害很大,而且粒徑越小對(duì)人體的危害越大。顆粒物進(jìn)入人體后主要危害呼吸系統(tǒng)，細(xì)小顆粒物沉積在呼吸系統(tǒng)表層，對(duì)人體產(chǎn)生物理、化學(xué)、生物性的危害，顆粒物刺破呼吸道粘膜，會(huì)使鼻腔變的干燥。其中生物性危害對(duì)人體傷害最大。主要是因?yàn)檫@些細(xì)小顆粒物會(huì)攜帶各種微生物，其中包括致病菌和病毒。這些病菌進(jìn)入呼吸道，容易引發(fā)上呼吸道感染。根據(jù)醫(yī)院統(tǒng)計(jì)，最近幾年，增長(zhǎng)率最快的是3到50歲的人群，發(fā)病是跟空氣中的PM2.5有關(guān)[3]。

2 PM10

大氣中的PM10分為人為和自然兩種，具體見表1。

表1 顆粒物全球排放量及來源分配(粒徑Dp<20nm)

粒徑小于10μm的污染物可以刺穿呼吸道粘膜進(jìn)入肺泡中，而粒徑小于2.5μm的污染物及更小的粒徑，可以進(jìn)入人體血液中，隨血液循環(huán)流經(jīng)全身，對(duì)人體危害極大。其次大氣中PM2.5濃度高會(huì)導(dǎo)致大氣能見度下降，霧霾天氣中PM2.5懸浮在空氣中，顆粒大小與可見光的波長(zhǎng)接近，相關(guān)研究表明PM2.5濃度與能見度成反比。Kyung等人研究表明,PM2.5之所以對(duì)能見度起到控制作用，是因?yàn)樗牧酱笮『涂梢姽獾牟ㄩL(zhǎng)相近,而且,PM2.5在酸沉降和大氣輻射中起著很重要的作用。此外,PM2.5還能被輸送到大氣對(duì)流層的上層形成厚度很高的氣溶膠層,在大氣穩(wěn)定的情況下會(huì)形成城市區(qū)域氣溶膠蓋,PM2.5還能在大氣中遠(yuǎn)距離水平遷移。在遷移過程中細(xì)顆粒物會(huì)攜帶大量細(xì)菌和病毒，路徑上的氣溶膠發(fā)生相互反應(yīng)危害遷移路徑。

3 實(shí)驗(yàn)研究

3.1 研究方法

實(shí)驗(yàn)使用重量法：利用特定儀器將不同粒徑的顆粒物分離，將采樣前后經(jīng)過恒重的濾紙稱量值相減，即為采集的大氣中不同粒徑顆粒物對(duì)應(yīng)重量值，再除以采樣體積數(shù)則可求得顆粒物濃度。

3.2 采樣點(diǎn)

采樣點(diǎn)應(yīng)設(shè)置在能代表城市霧霾特點(diǎn)的北京及天津的中心城區(qū)，采樣點(diǎn)還要選擇能代表整個(gè)地區(qū)的背景特征點(diǎn)。

3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3.3.1 季節(jié)因素

實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出：北京除6、7月份霧霾天氣少，其他月份出現(xiàn)的次數(shù)都較多，天津霧霾天主要發(fā)生在秋冬季。季節(jié)性分布呈冬季＞秋季＞春季＞夏季。冬季一方面由于燃燒煤炭采暖行為使得污染物濃度高，另一方面冬季極易出現(xiàn)逆溫氣候，不適宜污染物擴(kuò)散，導(dǎo)致產(chǎn)生霧霾。夏秋季節(jié)出現(xiàn)霧霾是由于前體物如SO2、NOX、O3的大量存在，加快了光化學(xué)反應(yīng)速率因而產(chǎn)生霧霾。但這兩個(gè)季節(jié)總體比冬季降雨較多，降雨可以有效地減少空氣中顆粒物，故這兩個(gè)季節(jié)霧霾天比冬季少。

3.3.2 風(fēng)速

靜風(fēng)或者低風(fēng)速是霧霾天的另一個(gè)特點(diǎn)。風(fēng)速較大時(shí)，有利于氣體的對(duì)流和湍流運(yùn)動(dòng)，使得污染物得以擴(kuò)散；相反，靜風(fēng)和低風(fēng)速都不利于污染物擴(kuò)散，易出現(xiàn)霧霾。

3.3.3 相對(duì)濕度

霧霾天比普通天氣的相對(duì)濕度較高。較高的相對(duì)濕度可以增強(qiáng)水溶性粒子散射效應(yīng)，導(dǎo)致能見度下降。

3.3.4 溫度

霧霾日溫度比普通日溫度0.1至2℃。這是由于溫度高容易發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)，使得臭氧濃度增高，大氣氧化性也隨之增強(qiáng)，光化學(xué)反應(yīng)速率加大，極易導(dǎo)致產(chǎn)生霧霾。

4 節(jié)能環(huán)保措施

研究結(jié)果表明相對(duì)濕度和靜風(fēng)氣象特征是形成霧霾天氣的主要條件。那么大風(fēng)和降雨可以清除區(qū)域內(nèi)的大氣污染。另外冬季燃燒煤炭采暖行為是造成霧霾的另一個(gè)主要原因，建議使用清潔能源代替?zhèn)鹘y(tǒng)的燃料，如地源熱能、用電取暖、工廠使用冷卻水循環(huán)利用取暖等措施，減少煤炭資源的消耗，在節(jié)約能源的同時(shí)可減少污染物的產(chǎn)生量。

[1]田謐.京津冀地區(qū)霾污染過程大氣PM2.5及前體物變化特征研究.北京化工大學(xué).2013.05.

[2]楊復(fù)沫,賀克斌,馬永亮,Steven H.Cadle,Tai Chan,Patricia A.Mulawa.北京市大氣PM2.5中礦物成分的污染特征.環(huán)境科學(xué).2004.09.

[3]孫俊玲,劉大錳,張慶華,楊雪.北京市冬季大氣PM2.5中多氯聯(lián)苯的污染水平與分布.現(xiàn)代地質(zhì).2009.04.