大氣PM2.5與霾污染全解析

王躍思

空氣質量相關名詞大充電

PM2.5

PM是英文particulate matter（顆粒物）的首字母縮寫。PM2.5是指大氣中空氣動力學等效直徑（除此之外，還有光學等效直徑和電遷移等效直徑等）等于或小于2.5微米的大氣顆粒物的總稱，也被稱為可入肺顆粒物。它的粒徑大小不到人的發(fā)絲的1/25。PM2.5的元素組成極其復雜，幾乎包含元素周期表所有元素;一般分為硫酸鹽、硝酸鹽、氨鹽、有機物、黑碳、海鹽和礦塵等七類，涉及萬種以上有機或無機化合物，堪稱“小粒子、大世界”。目前我國中東部地區(qū)PM2.5來自一次排放源的較少，以一次排放的污染氣體和納米級粒子通過物理和光化學過程生成的二次粒子為主。

霾

霾的氣象學定義為：“大量極細微的干塵粒等均勻地浮游在空中，使水平能見度小于10千米的空氣普遍混濁現象?！苯M成霾的粒子極小，不能用肉眼分辨。霾與晴空區(qū)之間不能像霧一樣形成明顯的邊界。中國氣象局地面觀測規(guī)范中霾的判別條件是能見度小于10千米，相對濕度小于80%;而相對濕度為80%～95%時，則需要人為對大氣成分進行甄別。

霧

霧則是一種常見的自然天氣現象。在水汽充足、微風及大氣層穩(wěn)定的情況下，氣溫較低，相對濕度接近100%時，空氣中的水汽便會凝結成細微的水滴懸浮于空中，使地面水平能見度下降，這種天氣現象稱為霧。純粹的霧，應該對人體沒有傷害，但目前，我國城市區(qū)域幾乎不存在這種霧。

霧霾

霧霾是科普用詞，是指霧和霾的混合體，氣象部門表示為“霧-霾”，以表示霧和霾的各不相同。目前我國城市區(qū)域基本上不存在純粹的霧，也沒有純粹的霾（沙塵暴除外），均是二者的混合物。由于非專業(yè)人員難以用肉眼分辨霧和霾，因此，霧霾一詞是目前使用最為普遍的形容空氣質量糟糕的名詞。

灰霾煙霞靄

灰霾一詞來源于英文Dust-Haze，是指“灰塵”造成的霾，而不是指“灰色”的霾;煙霞和靄古時候都是指由炊煙形成的一種煙塵意境，實際上就是由于生物質燃燒形成的霾，英文均用Haze表示。我國香港天文臺仍稱霾為煙霞，而靄一詞目前已少有人用。

二次顆粒物

霾的本質是大氣中PM2.5濃度超標，一般情況下，PM2.5中60%以上都屬于二次顆粒物。二次顆粒物是指各種源排放的污染物（氣體如CO、SO2、NOX、NH3、VOCS）和顆粒物（尤其是納米級超細顆粒物）在特定的氣象條件下，經過一系列化學過程，形成的以PM2.5為代表的細顆粒物;這些顆粒物的特點是吸水性很強，大氣中的水汽沒等積累到冷凝形成霧，就被“霾顆?！蔽樟耍沟肞M2.5等顆粒物出現“爆發(fā)式”增長，并導致了嚴重的大氣消光現象，實際上就是公眾看到的霾。因此，霧霾主要就是大氣中的二次顆粒物吸收了大氣中的水汽共同形成的霧和霾的混合體，它對人體的危害，往往比單純的霧和霾還要嚴重。

PM2.5是如何產生的

移動源

機動車（VOCS、NOX 、PM）

點源

加油站、干洗店等 （VOCS）

固定源

電廠、工廠等（SO2、NOX、PM）

自然源

森林火災、火山等 （PM、CO）

PM2.5主要包括自然過程和人為排放兩個渠道，其中后者占主要部分，它既包括人類直接排放的PM2.5，也包括排放在空氣中的能夠轉變成PM2.5的其他氣體污染物。

PM2.5的化學形成過程是：人類排放的氣態(tài)污染物（NOx，SO2，VOC等）進入城市上空的邊界層中，在大氣自由基的作用下發(fā)生大氣化學反應，使得氣態(tài)污染物向固態(tài)顆粒物轉化，而新生成的納米級粒子，通過碰并、凝結或吸濕增長等物理過程和非均相化學過程，長大成為微米級顆粒物（PM2.5）。

PM2.5對氣候、環(huán)境和人體的影響

氣候效應

通過影響大氣的直接輻射和間接平衡（云輻射），進而影響區(qū)域/全球氣候變化。

環(huán)境影響

通過散射/吸收可見光，使大氣水平能見度下降，阻礙路面、水路和空中交通;對生態(tài)系統造成影響。

PM2.5來源解析及解讀

大氣中PM2.5的來源是變化的。不但每年都會有變化，每個季節(jié)、每個月和每一天也都不一樣。那么公眾如何去解讀這些源解析數據呢？

1?PM2.5源解析

—年度平均量

北京市環(huán)保局2014年4月16日對外宣布：經過一年半的科學研究，北京市全年PM2.5來源中區(qū)域傳輸貢獻占28%～36%，本地污染排放貢獻占64%～72%。

解讀

控制方向首先是機動車，車、油、路三個方面，首先是油品質量;汽油和柴油相比，柴油質量更差，但北京市汽油用得最多。這種剝繭抽絲似的分析方式，逐漸就找到了減少大氣中PM2.5需要控制的關鍵要素。

2?輕度和重度霾污染過程

PM2.5的源解析對照分析

中國科學院大氣物理研究所對2013年1月北京重污染和清潔時段PM2.5源解析結果表明，重污染和輕度污染時段PM2.5來源有很大不同。

解讀

若想減少北京和京津冀重度霧霾事件的發(fā)生頻次，降低霾污染強度，首先就要預測出極其不利于污染物擴散的時間段，提前三天就要限制北京周邊，包括河北、天津、山東及河南的燃煤污染排放量;一旦重度污染爆發(fā)，北京就必須減少機動車出行量。其他城市也許更加復雜，如石家莊在重霾污染時段不僅要減少機動車出行量，對于市區(qū)內重點工業(yè)污染源和電廠，也需要重點控制。

3?京津冀不同城市

PM2.5源解析

中國科學院大氣物理研究所對2009～2011年京津冀PM2.5來源解析結果（年平均）表明，北京、天津、河北保定和唐山四個城市的PM2.5主要來源均為燃煤、機動車、工業(yè)和餐飲。

解讀

在2011年之前，燃煤還是北京PM2.5的首要來源，近2～3年發(fā)生了顯著的變化，原因是北京在控煤的同時，機動車在大幅度增加。二者對北京大氣PM2.5的貢獻排名位置互換。北京周邊其他城市，隨著對燃煤污染的治理和機動車的增加，二者對大氣PM2.5的貢獻均將逐步交換位置。因此，各地區(qū)對重點污染源的治理要逐步深化、細化，爭取治理一個就治好一個，否則，燃煤污染還沒治理好（或是發(fā)生反復），燃油污染又疊加上來，嚴重的“大氣復合污染”將越演越烈。

重霾污染控制思路

治理霧霾，城市不能獨善其身

以北京大氣霾污染溯源研究為例，北京PM2.520%～30%來自一次排放，30%～40%來自大氣中的光化學轉化（重霾污染時要高一倍左右），20%～30%來自區(qū)域輸送。北京治霾要“1/3靠自己，1/3靠天氣，1/3靠周邊”。

通過預測預警提前控制進行緩解

對大氣污染物跟蹤監(jiān)測表明：

而在此之前，這一數值可達200微克/立方米以上。

北京在2008年奧運會時段：PM2.5不足50微克/立方米;

周邊燃煤、工業(yè)限制及單雙號、黃標車限行：PM2.5100微克/立方米以下;

對2013年1月份的第四次強霾過程分析：機動車排放的氮氧化物和燃煤排放的硫化物貢獻超過100微克/立方米，占當時PM2.5濃度的一半。

這些情況說明：在易于形成霧霾的氣象條件下（如靜穩(wěn)天氣、逆溫），可以考慮通過預測預警提前對重點污染源進行關?；蚴菧p量控制，以減輕重霾污染的發(fā)生頻次，或是降低污染強度。

Q 如果你讓我挑選一種污染物從當前大氣中去掉，就能減輕目前京津冀區(qū)域嚴重的大氣霾污染，會去掉哪個呢？

A 不是SO2，也不是揮發(fā)性有機物，而正是NOx。

理由

第一，根據觀測結果，NOx在5年前大氣濃度比現在低很多，10年前在京津冀背景大氣中（如河北興?。┒己茈y測出來，而現在少則幾十，多則上百（微克/立方米）。2013年1月，北京大氣NOx居然達到了400微克/立方米以上，而石家莊更是達到了600微克/立方米。這是NOx一個前所未有的高濃度水平。

第二，NOx的存在，可以快速提高大氣的氧化能力，不但本身可以轉化成為硝酸和硝酸鹽，還可以加速SO2向硫酸鹽的轉化，繼而與氨結合，生成的硫酸銨和硝酸銨顆粒物，消光性極強，二者消光比例往往能占到PM2.5消光總量的60%，這就是目前重霾污染突然爆發(fā)的重要原因—二次粒子形成。而SO2的梯度觀測結果表明，北京地區(qū)280米高空的SO2濃度遠遠高于地面監(jiān)測濃度，說明北京大氣SO2和硫酸鹽主要來源于周邊燃煤排放輸送，尤其是非采暖季。

PM2.5與霾污染治理的政策性建議

政治智慧。根治大氣PM2.5需要區(qū)域聯防聯控，如果沒有突破性的體制制度改革，難以徹底解決問題。

管理創(chuàng)新。僅靠政府部門、工廠企業(yè)和居民團體自覺自律維護大氣環(huán)境顯然不夠，要逐步制定相應的法律規(guī)章，依法治污才有可能長治久安。對于特殊區(qū)域，也可以采用創(chuàng)新管理體制。

科學先行。由于我國的國情特殊，PM2.5來源復雜，霾污染形成機制還不完全清楚，觀測分析設備落后，難以制定科學合理的一攬子治理方案。此時，切勿盲目照搬國外監(jiān)測和控制標準，將大量資金都花在購買國外不適用的儀器設備上，應抓緊時間進行基礎性的科學研究，加大環(huán)保技術研發(fā)投入，大力發(fā)展環(huán)保民族儀器產業(yè)，使我們國家的科研和控制技術逐步使用上國產的儀器和設備。這樣才能促進針對我國國情開展技術研發(fā)，并根據科學研究結果制訂出一套詳盡完備的PM2.5減排控制方案，使空氣質量最終達到長治久安。

公眾參與。首先是所有公民整體素質的提高，小到餐飲出行，大到擇業(yè)置產，都到要考慮到盡量減少污染排放;更為重要的是，公眾環(huán)保意識的覺醒，公眾對自由呼吸新鮮空氣的訴求，是空氣污染治理的長久動力;每一個公民都要自覺遵守《環(huán)境保護法》，都有責任督促地方政府發(fā)展經濟的同時確保環(huán)保優(yōu)先，主動監(jiān)督、舉報工業(yè)企業(yè)是否存在違規(guī)污染排放，全民動員，全民皆兵，讓污染違規(guī)排放成為過街老鼠，沒有藏身之地。