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揭开雾的面纱 认清霾的本质
来源: 中国科普博览 发布日期: 2016-03-23 浏览次数: 保护色: 字号:[ ]

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??雾霾知多少?

??? 随着我国空气污染状况日趋严峻,网络博彩公司:“霾”这个原本陌生的字眼已经走近了大家的生活,为广大民众所熟识。仿佛从我们对它有所了解开始,“雾霾”就一直作为一个整体概念而密不可分。但事实上,尽管雾与霾样子相仿又总是相伴而生,但它们却是截然不同的两种物质。因此科学家们秉承严谨的态度,使用“灰霾”这一气象学上等同于“霾”的词语,而非容易混淆视听的“雾霾”。那么下面就让我们一起来认识灰霾、了解灰霾。

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? 空气中的颗粒物有多少?

  实际空气中的颗粒物通常用PM表示,PM是英文Particulate Matter(颗粒物)的首字母缩写。据统计,在全世界范围内,通过自然和人为活动平均每年向空气中排放约25—30亿吨的颗粒物质,其中较大的颗粒物质会在较短的时间内沉降到地球表面,而较小的颗粒物质却能够较长时间地悬浮在空气中。不仅如此,排放到空气中的某些气态物质还可以通过物理-化学过程形成颗粒物,即二次颗粒物。

  粗略估计,滞留在大气中的颗粒物质约为一亿吨左右。由于受气象条件、地理位置以及人类活动等因素的影响,空气中的颗粒物浓度有很大的时空变化。通常认为,在比较洁净的空气中,颗粒物的质量浓度一般在每立方米1微克以下,而在城市的污染空气中,这个浓度可达到2000 微克,在一些工业污染区的空气中,这个浓度可达到5000 微克,甚至更大。颗粒物在空气中的浓度也可以用颗粒物的个数来表示,即单位体积空气中的颗粒物的个数。在比较洁净的空气中,颗粒物的数浓度一般在每立方厘米几百个到1000个左右,而在城市的污染空气中,每立方厘米空气中的颗粒物个数平均在100000个左右,在空气重污染情况下,空气中的颗粒物数量会超过1000000个,甚至会更多。通常认为空气中颗粒物的本底浓度约为每立方厘米100个左右。

TSP、PM10、PM2.5和PM1.0 各是什么意思?

  悬浮在空气中的较大的颗粒物质由于其重力作用会在较短的时间内沉降到地球表面,而长时间地能悬浮在空气中的是个头较小的颗粒物。因此环保部门通常将空气中直径在100微米以下的颗粒物纳入监测范围,并称为总悬浮颗粒物,通常用TSP来表示。TSP是英文Total Suspended Particulate的首字母缩写, 即TSP是指空气中直径在100微米以下的总悬浮颗粒物。

  PM10是指空气中直径小于或等于10微米(约相当于人的头发丝粗细的1/5)的颗粒物,由于这部分颗粒物可进入人体的鼻腔和口腔,因此也被称为可吸入颗粒物,通常用PM10来表示。PM是英文Particulate Matter(颗粒物)的首字母缩写,10则特指颗粒物的直径小于或等于10微米。

  PM2.5是指大气中直径小于或等于2.5微米(不到人的头发丝粗细的1/20)的颗粒物,由此可见,PM2.5是PM10中的一部分,在PM10中,这部分被称为细颗粒物,而直径在2.5至10微米之间的颗粒物则被称为粗颗粒物,与细颗粒物相对。PM2.5会通过呼吸道,到达人的肺部,直接进入肺泡。

  不难理解,PM1.0 是指空气中直径小于或等于1.0微米的颗粒物,也称超细颗粒物。

? 空气中PM2.5 是由什么物质组成的?

  由于来源和形成机制的不同,空气中颗粒物的组分也有很大差异,不仅如此,较长时间悬浮在空气中的粒子在漂移过程中还会吸附空气中各种物质,并会在粒子表面进行复杂的物理化学反应,这就更增加了颗粒物组分的复杂性。尤其是城市污染空气中的颗粒物,其组分更为复杂。

  很多研究结果表明,从城市污染空气中可分析出多种污染物质,其中包括几十种微量金属和非金属元素。通常认为,组成空气中PM2.5的主要物质有元素碳、有机碳化合物、硫酸盐、硝酸盐、铵盐等等,这些物质约占70—80%,其它的常见的组分包括各种金属元素,既有钠、镁、钙、铝、铁等地壳元素,也有铅、锌、砷、镉、铜等主要源自人类污染的重金属元素。不仅如此,空气中的多种微生物、细菌、病毒以及某些致癌物也可成为PM2.5 家族中的成员。应当特别指出,悬浮在空气中的PM2.5,由于属于细颗粒物,而且在大气中的滞留时间长、输送距离远,因此会成为空气中诸多有毒、有害物质的载体,其中包括多环芳烃类化合物等强致癌有机物。多环芳烃(PAHs)是环境中广泛存在的一类持久性毒害有机污染物(POPs),具有强烈的环境、健康负效应。

灰霾来自何方?

  灰霾的来源可分为自然源和人为源,自然源主要包括土壤粒子、森林火灾和火山爆发以及漂浮的海盐、花粉、真菌孢子、细菌等。

  人为源主要有工业生产、煤炭燃烧、石油燃烧、垃圾燃烧、生物质燃烧以及农业废物等。此外,排放到大气中的某些气体,可以通过复杂的物理化学过程转化成粒子,成为PM2.5中的二次粒子。例如,由H2S生成的硫酸盐,由SO2生成的硫酸盐,由NOx生成的硝酸盐,由NH2生成的铵盐等等。虽然自然过程也会产生PM2.5,但空气中PM2.5的主要来源还是人为排放。人为直接排放主要来自燃烧过程,其次还有道路扬尘、建筑施工扬尘、工业粉尘、厨房烟气等。

  自然来源则包括:风扬尘土、火山灰、森林火灾等。

? 哪种污染源对PM2.5的贡献最大?

  根据目前对空气中PM2.5 来源的认识,在PM2.5的本地来源中,机动车尾气排放是第一大来源,大约22%的PM2.5是由机动车排放的。煤炭燃烧则是PM2.5的第二大本地来源,约占PM2.5总量的17% 左右,通常在城市煤炭消费中,锅炉是大户。工业,尤其是水泥、化工、工业喷涂等行业,是PM2.5的第三大本地来源,约占总量的16%左右,工业生产的燃烧过程中排放的二氧化硫和氮氧化物等,在空气中经过一系列化学反应也会生成硫酸盐、硝酸盐等的细颗粒物。生物质燃烧,如秸秆燃烧、森林火灾等所产生的烟雾中大部分是细颗粒物质。

  由于PM2.5 在空气中滞留的时间较长,所以通常PM2.5 污染具有区域性特征。可见,对于某一地区而言,除了本地产生的PM2.5外,其周边地区的影响也是重要的来源。例如,有研究估计,北京地区空气中的PM2.5中,大约有24% 左右是来自北京周边地区的影响。一些研究结果显示,偏南气流出现时,北京周边地区的细颗粒物向北京的输送比较明显。

对空气质量的影响

  通常,人们常常将雾和霾视为一种现象,统统称为雾霾天气,实际上雾和霾并不是一回事。在气象部门,对于雾和霾都有严格的科学界定。雾是指在相对高的空气湿度情况下,在贴近地面的空气中形成的微小水滴(或冰晶)的悬浮体。实际上,雾就是接近地面的云,是自然的天气现象,而霾则是悬浮在大气中的大量细小颗粒物的结合体,也就是说,霾是由空气中大量的细颗粒物质引起的。

  有人称,PM2.5是出现霾天气的元凶,是有道理的。更重要的是由于PM2.5中吸附了很多有害和有毒物质。PM2.5是一种重要的空气污染物,是当前我国绝大多数城市中的首要污染物,空气中PM2.5浓度的增加会直接影响环境空气的质量。首先,悬浮在空气中的各类颗粒物,尤其是PM2.5,对可见光有很强的散射作用,能使空气浑浊,从而使能见度降低。作为细颗粒物,PM2.5 比粗颗粒物对太阳光有更强的散射能力,当大量PM2.5悬浮在空中时,大气能见度就会迅速降低。

  PM2.5中的超细粒子还是空气中天然的凝结核,在合适的气象条件下,PM2.5浓度的增加会增加雾的形成几率,同时还会形成霾,导致雾霾天气的出现,加重空气污染,使空气质量变坏。有资料显示,我国一些地区,尤其是珠三角、长三角和京津冀等区域性大气污染较为突出,大城市的雾霾天数有增加的趋势。不仅如此,PM2.5中的粒子越细,表面积就越大,它们会更容易吸附空气中种类繁多的有毒和有害物质,从而使空气质量变坏,直接危害到人们的身体健康。

? 对人体健康的危害

  研究发现,直径大于10微米的颗粒物一般会被呼吸器官拦下,PM10中的粗颗粒物大部分会停留在人的口腔和鼻腔或大多仅停留在咽喉,而PM2.5则会通过呼吸道,到达人的肺部,直接影响肺的通气功能,干扰肺部的气体交换,诱发肺部硬化、哮喘和支气管炎,甚至导致心血管疾病。更重要的是由于PM2.5中吸附了很多有害和有毒物质,无疑这会对人的呼吸系统、心血管系统、免疫系统、生育能力、神经系统和遗传等会产生影响,这都是很容易理解的。现在的流行病学和毒理学的研究都证实PM2.5对人体健康的影响是非常明显的,已经有科学数据证明,PM2.5与肺癌、哮喘等疾病的发生密切相关。受影响最大的是人类生理年龄的两端,即孩子和老人。PM2.5中的粒子越细,表面积就越大,它吸附空气中的有害物就越多,对人体健康的危害也就越严重。世界卫生组织认为,空气中PM2.5的浓度为10微米/立方米是安全值,当空气中PM2.5的年均浓度达到35微米/立方米时,人的死亡风险会增加15%。

  应当特别注意的是,空气中PM2.5对人体健康的危害效应是一个过程,一些效应甚至是一个长期过程,有的危害不是一两天或几个月就可以表现出来的,一些吸入者甚至可能在连续吸入十几、二十年后才会发病。有研究表明,肺癌死亡率与8-9年前空气中的颗粒物浓度的相关性最大,这意味着空气中颗粒物致肺癌的潜伏期为8年左右。

? 对气候变化的影响

  大气中的颗粒物,尤其是PM2.5,对全球气候变化有重要的影响,其中对于全球变暖、亚洲季风和水循环以及极端气候事件等的影响已成为当今国内外关注的焦点。

  首先,悬浮在空气中的PM2.5 粒子具有强的反射太阳辐射的作用,因而可以增加地球的行星反照率,使地表和大气冷却,可以部分地抵消由温室效应增加导致的增温效应。

  同时,PM2.5 作为一种云的凝结核,可以影响云和降水的微物理过程,改变云中水滴的数量和大小分布,还可以改变云的类型,从而增强或减弱降水量,改变降水的分布和强度。

  可见,做为大气水圈循环中的一个有机部分,PM2.5对水圈循环会产生影响。不仅如此,PM2.5还会影响城市的天气和气候变化。

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