大氣顆粒物理化特征和影響效應(yīng)的研究進(jìn)展及展望

宋軍軍

【摘? 要】大氣顆粒物當(dāng)中的細(xì)顆粒物PM2.5屬于毒害物質(zhì)載體，不僅會(huì)對(duì)氣候和環(huán)境產(chǎn)生影響，還會(huì)導(dǎo)致人體健康受到損傷，并對(duì)區(qū)域和地球化學(xué)循環(huán)造成不良影響。研究針對(duì)性地總結(jié)大氣顆粒物理化特征及影響相應(yīng)的相關(guān)研究，旨在為大氣顆粒物的監(jiān)測(cè)和分析提供依據(jù)，促進(jìn)相關(guān)技術(shù)的有效應(yīng)用，促使大氣顆粒物污染情況得到改善。

【關(guān)鍵詞】大氣顆粒物;影響效應(yīng);理化特征;研究進(jìn)展

大氣顆粒物指的是分散于大氣當(dāng)中的固態(tài)及液態(tài)顆粒，從來(lái)源區(qū)分有自然來(lái)源及人為來(lái)源兩種。空氣中排放的納米-微米級(jí)顆粒物達(dá)到一定程度后，就會(huì)超出大氣循環(huán)能力及承載容量，這種情況下，顆粒物濃度顯著提升，當(dāng)在靜穩(wěn)天氣時(shí)，很容易形成大規(guī)模霧霾。大氣顆粒物對(duì)于自然及人文環(huán)境、氣候變化和人類健康，均有較為顯著的影響，針對(duì)性地分析其理化性質(zhì)及影響效應(yīng)，并制定針對(duì)性的管控措施，是十分必要的。

1.大氣顆粒物理化特征研究

大氣顆粒物的物理及化學(xué)特征是其對(duì)環(huán)境和人體健康產(chǎn)生影響的根源。研究指出，大氣顆粒物具有吸濕性特點(diǎn)，具體來(lái)說(shuō)是在周邊環(huán)境相對(duì)濕度上升后，大氣顆粒物具備的吸水能力。大氣顆粒物吸濕性能夠影響能見(jiàn)度及云的形成，從而影響地區(qū)及更大范圍的天氣。大氣顆粒物還有云凝結(jié)核活性，間接對(duì)氣候效應(yīng)產(chǎn)生影響。大氣顆粒物質(zhì)量濃度對(duì)于空氣質(zhì)量具有顯著影響，目前PM2.5、PM10均被納入到空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)體系中。大氣顆粒物中的化學(xué)組成由于地域差異而有所不同，其中重金屬屬于影響人體健康的主要成分。牛婷等（2019）研究中，選取烏魯木齊市作為研究對(duì)象，分析大氣顆粒物金屬污染情況，為大氣污染的防控提供依據(jù)。研究采用大流量采樣器進(jìn)行研究，在2016年-2017年期間，采集了烏魯木齊市的492份大氣顆粒物樣本進(jìn)行研究。研究發(fā)現(xiàn)，烏魯木齊市2016年至2017年的大氣顆粒物樣本中，鋁的質(zhì)量濃度平均值是172.84ng/m3，鉛的質(zhì)量濃度平均值是28.83ng/m3，鎘的質(zhì)量濃度平均值是0.68ng/m3，并且這三種金屬成分的質(zhì)量濃度具有一定的季節(jié)變化特征。研究還發(fā)現(xiàn)，2016年和2017年烏魯木齊市的大氣顆粒物中鋁質(zhì)量濃度存在顯著差異，鉛、鎘質(zhì)量濃度和日均濕度溫度和風(fēng)速均存在一定的相關(guān)性。研究認(rèn)為，烏魯木齊市2016年至2017年的部分金屬質(zhì)量濃度和季節(jié)、氣候等因素存在密切關(guān)系。

2.大氣顆粒物源解析方法和技術(shù)

源解析指的是定量或是定性分析大氣顆粒物來(lái)源的研究方法，大氣顆粒物的來(lái)源較為多樣和復(fù)雜，檢測(cè)分析城市大氣污染的主要來(lái)源及特征，應(yīng)當(dāng)采用適當(dāng)?shù)脑唇馕黾夹g(shù)。目前大氣顆粒物源解析技術(shù)主要可以分為三類，首先是化學(xué)法，主要包括化學(xué)質(zhì)量平衡法、正定矩陣因子分析方法以及主成分分析法和富集因子法等。其次是顯微法，將單顆粒作為分析對(duì)象，觀測(cè)其微觀結(jié)構(gòu)，以此確定顆粒物的來(lái)源。聯(lián)合使用電子顯微鏡和能譜屬于十分便捷高效的顯微分析方法，能夠?qū)崿F(xiàn)迅速分析單顆粒表征，再依據(jù)來(lái)源進(jìn)行區(qū)分。最后是物理法，其中X射線衍射技術(shù)屬于較為常用的方法，可以針對(duì)性地分析晶質(zhì)礦物顆粒物相，確定顆粒物礦物組成，分析其來(lái)源。馬志儒（2018）研究指出，基于大氣顆粒物在環(huán)境污染及人身體健康方面的影響，采取高效、準(zhǔn)確的源分析方法進(jìn)行針對(duì)性研究，是至關(guān)重要的。研究強(qiáng)調(diào)在大氣顆粒物源分析中合理使用相應(yīng)計(jì)算機(jī)軟件。研究中選用源解析軟件CMB2.0分析城市大氣顆粒物源成分，再通過(guò)相應(yīng)的文獻(xiàn)數(shù)據(jù)資料研究城市大氣顆粒物，并研究源解析中的影響因素及軟件設(shè)置應(yīng)用。研究認(rèn)為，大氣顆粒物源解析中需要強(qiáng)化對(duì)軟件的有效應(yīng)用，研究人員應(yīng)當(dāng)掌握相應(yīng)的使用方法，以此提升大氣顆粒物源解析質(zhì)量，為相應(yīng)防控政策的制定奠定基礎(chǔ)。

3.大氣顆粒物影響效應(yīng)研究

3.1光學(xué)效應(yīng)與地球化學(xué)循環(huán)

大氣顆粒物能夠?qū)е戮植康貐^(qū)環(huán)境惡化，對(duì)人類生產(chǎn)、生活活動(dòng)產(chǎn)生不良影響，最為顯著的是大氣顆粒物影響能見(jiàn)度。除去氣象原因之外，大氣顆粒物吸收及散射光，形成的消光效應(yīng)，屬于影響城市能見(jiàn)度水平的重要因素。劉姝巖等（2018）研究指出，大氣顆粒物會(huì)對(duì)地球化學(xué)循環(huán)產(chǎn)生一定的影響。在大氣循環(huán)作用下，重金屬等大氣顆粒污染物進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳送，甚至有可能達(dá)到北極地區(qū)，之后顆粒污染物在海洋或是陸地沉降，從而對(duì)地球化學(xué)循環(huán)產(chǎn)生影響。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，每年被帶入到對(duì)流層中的礦物顆粒多達(dá)1000至3000Tg，在強(qiáng)大地表風(fēng)作用下，礦物顆粒大量進(jìn)入大氣中，且能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸，導(dǎo)致海洋和陸地化學(xué)進(jìn)程受到影響。大氣顆粒污染物會(huì)污染大氣環(huán)境，自然界當(dāng)中大部分生物生存和發(fā)展，均對(duì)降塵要求較高，當(dāng)大氣環(huán)境當(dāng)中的顆粒污染物增多之后，大氣正常降塵會(huì)受到較為顯著的影響，從而是大氣相關(guān)物質(zhì)交換受到影響，使得環(huán)境污染和生物生長(zhǎng)受到不良影響。

3.2健康效應(yīng)和氣候效應(yīng)

王彥文等（2018）研究指出，大氣顆粒物對(duì)于人體健康會(huì)產(chǎn)生十分直觀的作用，研究針對(duì)性地進(jìn)行定群分析，選取社區(qū)人群作為研究對(duì)象，在研究期間重復(fù)測(cè)量入組人員的血壓水平，并與環(huán)境監(jiān)測(cè)站點(diǎn)的氣象和污染物數(shù)據(jù)相結(jié)合，同時(shí)分析研究對(duì)象的活動(dòng)模式等。研究認(rèn)為PM2.5和人群血壓水平上升存在弱正相關(guān)效應(yīng)，其中相較于女性人群，男性的血壓水平受大氣顆粒物影響更加顯著，證實(shí)了大氣顆粒物對(duì)人體健康產(chǎn)生的影響。大氣顆粒污染物對(duì)于人體會(huì)產(chǎn)生較為顯著的損傷，其中大氣顆粒污染物對(duì)于呼吸道系統(tǒng)的損傷是較為嚴(yán)重的，顆粒污染物會(huì)導(dǎo)致呼吸道及肺部損傷，并導(dǎo)致相應(yīng)器官與系統(tǒng)性疾病。當(dāng)空氣中存在大量顆粒污染物時(shí)，人進(jìn)行呼吸時(shí)，難免會(huì)使污染物隨之經(jīng)由呼吸道進(jìn)入人體。顆粒污染物通常均具有較強(qiáng)的黏著性，進(jìn)入到人體后，會(huì)在鼻腔、肺部等呼吸系統(tǒng)當(dāng)中沉積，進(jìn)而造成較為嚴(yán)重的器官損傷。另外，大氣顆粒物能夠?qū)夂蜃兓a(chǎn)生直接與間接影響。自然來(lái)源的海鹽離子、沙塵以及人為來(lái)源的有機(jī)物和煙塵等，被排放到空氣中之后，會(huì)對(duì)太陽(yáng)輻射進(jìn)行吸收與散射，導(dǎo)致地球大氣系統(tǒng)能量平衡受到影響，從而直接導(dǎo)致氣候變化。同時(shí)，大氣顆粒物的云凝結(jié)核活性能夠使云的壽命及光學(xué)特征被改變，間接地影響氣候。

4.結(jié)論與展望

隨著環(huán)保意識(shí)和相應(yīng)監(jiān)測(cè)、管理技術(shù)的進(jìn)步，大氣顆粒物相關(guān)研究和實(shí)踐日漸豐富，大量的研究人員針對(duì)其理化特征、污染源和影響效應(yīng)進(jìn)行研究，并取得了一定的研究進(jìn)展。但值得注意的是目前的研究、實(shí)踐中還存在一定不足，對(duì)于顆粒物形成及演變機(jī)制等進(jìn)行研究時(shí)，往往是通過(guò)單一污染事件展開(kāi)的，影響因素較多。后續(xù)的研究中，應(yīng)當(dāng)注意針對(duì)大氣顆粒物污染事件進(jìn)行系統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)分析，同時(shí)要強(qiáng)化相應(yīng)設(shè)備儀器的優(yōu)化與創(chuàng)新，并加大學(xué)科融合及交叉探究的力度，以更加全面、高效的方式對(duì)大氣顆粒物進(jìn)行分析。

參考文獻(xiàn)

[1]牛婷，劉健，康玲，等.2016-2017年烏魯木齊市大氣細(xì)顆粒物中部分金屬含量及其污染特征分析[J].預(yù)防醫(yī)學(xué)情報(bào)雜志，2019，35（03）：63-68+73.

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