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為什么會“灰霾”?――中研理工同您一起關心生活

發布人:admin來源:本站原創時間:2013年11月26日

灰霾受到青睞,成了大眾名詞。特別是在2011年入秋到2012年初春,北京經歷了幾次嚴重灰霾,甚至祖國的象征~~天安門廣場,也被籠罩在一片灰蒙蒙之中。不分男女老幼,不分行業不同和職位高低,都感到了空氣污染的壓抑。中國空氣質量怎么了?還能正常生活和工作嗎?是不是早年著名的空氣污染殺手倫敦煙霧到了北京?本文從污染氣象學知識和已知研究成果出發,解釋什么是灰霾、灰霾怎樣發生、灰霾和PM2.5的關系、灰霾和知名煙霧事件的區別、我國灰霾污染的發展、灰霾的危害、以及灰霾控制等問題。

1.什么是灰霾

大氣環境能見度的降低可以由霧(fog)、輕霧(mist)、霾(haze)、煙霧(smog)、火山灰、灰塵、沙塵或雪造成。其中,霧、輕霧和霾主要指不同大小的含水液滴或氣溶膠,世界氣象組織曾建議關于相對濕度,霧接近100%,輕霧95~100%,霾小于80%。我國科學家則建議灰霾的相對濕度可能高達90%[1]灰霾期間相對濕度可能關于地域有差異,但綜合我國觀測工作,尚未出現相對濕度低于50%發生灰霾的情況。

灰霾是我國氣象科研人員在2002年一次重要研討會上提出的新名詞[2],形象地极速快3了出現灰霾,能見度下降時的感覺:厚重、灰蒙蒙地,區別于大城市可能發生光化學煙霧時,有時偏淺藍色的輕霾;也區別于東南亞洲航測可能發現的棕色云團。含義雙重,還可以指顆粒物。灰霾指明由大氣污染物引起,和濕度密切相關,因此是一種污染氣象現象。相對濕度變化時,霾霧可以互相轉化。如果氣象現象為主,有時可能稱之為霧霾(例如濕度接近和超過90%時)。灰霾指明污染實質,具有科學性。如果翻譯成英文,可以是“Gray Haze”。然而,這個英文詞尚未得到國際學術界的接受。我國研究人士向國際期刊投稿時,仍然只能翻譯成“Haze”。至于用陰霾煙霞替代灰霾,只是媒體用語,不是學術詞匯。

2、灰霾怎樣發生

我們之所以看到藍天、黑煙、或能感覺灰霾,是因為入射到大氣層的陽光被大氣層中的物質吸收或散射。看到黑煙,是因為大量黑碳粒子吸收太陽光線;看到藍天,是因為極其微小的空氣分子的散射,對可見光頻率范圍的藍色,以及更高頻率的輻射更為強烈(Rayleigh散射);然而對懸浮在空中的細小粒子,特別是尺度接近可見光波長,亞微米級時,對各種頻率光線的散射強度趨于均勻(Mie或氣溶膠散射)。因此當細粒子聚集時,各種頻率可見光都被嚴重消光,感覺灰色。

發生在我國的灰霾現象主要是氣溶膠散射類型。晴好天氣條件下,雖然漂浮在空氣中,這些細小顆粒物并不可見。當遇到氣流幅合穩定,污染物聚集,而又有適當的相對濕度(70~90%左右)時,PM2.5的吸濕性組分,會吸收水分而增長體積,大大增強散射能力,增強消光系數,損害大氣能見度,形成灰霾。由此可見,發生灰霾必須有三個條件同時滿足:(1PM2.5污染嚴重;(2)氣流幅合穩定,不利于擴散;(3)合適的濕度。

美國宇航局衛星遙感影像揭示,北京地區PM2.5污染早在2006年以前已經嚴重[3]。近年來灰霾趨于頻繁,可能是增加了氣候變化的影響因素。例如我國的降水雨帶有形態和方向的變化,北方地區水汽增加,北京居民說桑拿天多了。這種濕度升高的影響,是北京發生灰霾的重要原因。

3、灰霾和PM2.5的關系

污染氣象學術界比較共同的認識是,灰霾是由PM2.5中吸濕性強的組成部分,在適當氣象條件下,吸濕增大,加強了散射強度及消光強度造成。PM2.5指粒度小于等于2.5微米的細小顆粒物。PM2.5的化學組成十分復雜,可以是直接從污染源排放的顆粒物,如黑煙、汽車尾氣、烹調油煙、香煙煙氣、沙塵和揚塵等,又稱為一次污染物;也可以是原本是污染氣體,在空氣中經過化學反應形成的硫酸滴、硫酸鹽、硝酸滴和硝酸鹽等,又稱為二次污染物,也是主要的吸濕性組分。野外實驗表明,灰霾過程中PM2.5的吸濕性組分有明顯增強,在灰霾過程中起主要作用。

有研究應用薄膜采樣和電子顯微鏡觀察空氣中硫酸鹽和硝酸鹽的性狀,發現硫酸鹽多出現于較為細小的顆粒物中,呈球形,常小于1微米;硝酸鹽則較多出現于較粗的顆粒物中,有針狀結構。吸收水汽時,硫酸鹽類粒子常發展“衛星滴”結構,和灰霾現象相關較好[4,5]。但是,灰霾發生前后微細顆粒物在空氣中發生的形態和體積變化,怎樣影響能見度的降低,亟需進一步深入研究。

4、灰霾不同于倫敦煙霧洛杉磯煙霧

倫敦煙霧源于工廠煙囪和民用取暖直接排放的黑煙,主要是一次污染物,如二氧化硫(SO2)等氣體和煙塵。又遇地面逆溫等惡劣的擴散條件和陰濕氣象條件,形成嚴重污染和煙霧,直接損害人體健康。倫敦煙霧是伴隨人類第一次工業革命,燃煤和极速快3機的大量使用,又缺乏環境保護知識和措施發生的后果。――1952年曾在5天內造成超過4000人死亡,后續研究甚至認為因此死亡的人數達12,000人!

洛杉磯煙霧是光化學煙霧,主要是由汽車排放的NOX在陽光照射下,發生光化學反應造成。因為內燃機結構和汽車使用的特殊性,經常有不完全燃燒,因此也排放大量VOC~揮發性有機化合物,很多是烴類。VOC是發生光化學煙霧的另一必要條件,因此認為汽車尾氣是光化學煙霧的元兇。光化學煙霧的標志性產物是臭氧(O3),還醛類物質和細顆粒物,是一次和二次污染物的混合物。對人體呼吸系統有直接影響:嗆人、眼睛刺激等。

灰霾主要影響大氣能見度,是物理性質的影響,可以感到身心壓抑,但人群并不感覺呼吸道及口眼部位有直接刺激,這就和 倫敦煙霧洛杉磯煙霧有直接刺激有了本質的區別。而且發生灰霾時,和陽光是否充足,是否有VOC沒有明顯關系。

5、我國灰霾污染發展狀況

我國早在上世紀80年代研究酸雨時,就開始研究PM2.5,當時稱為氣溶膠,是酸雨的前體物。關于灰霾,在2006年前后研究出現了高潮。我國氣象部門綜合發現有北方、華東、華南、西北和西南灰霾區,通常高發季節出現在冬春季,一天之中夜間至上午為高發時段。各地霾日在空間上均呈東多西少的分布態勢;大部分地區均呈冬季多,夏季少,春秋季居中的特點。1961-2005年,全國平均年霾日數呈現明顯的增加趨勢,2004年為近45年來最高值。我國東部大部地區主要呈現增加趨勢,特別是長江中下游、珠江流域及河南西部等地。但西部和東北地區則以減少趨勢為主。雖然總體說來,我國相關城市自2001年以來灰霾呈現加重趨勢,但有些城市情況不同,例如,太原、濟南、上海,報道灰霾日數在下降。廣州仍有嚴重灰霾事件發生,但灰霾發生的年日數從2006年以來逐年下降[6]。盡管專家對觀察選點的代表性有不同意見,2011年廣州灰霾日數是歷年來最低[7]。近年來這些城市機動車數量上升很快,灰霾年日數下降是否應當解釋為2007年國家嚴格要求后,當地脫硫設施建設和運行的成效?

6、灰霾的危害

大范圍灰蒙蒙的灰霾污染,不僅使人群感到壓抑,而且容易使體弱,或在呼吸系統或心血管系統原本就有疾患的人群中心理緊張,但灰霾對人體健康的危害可能是有限的:灰霾主要是由PM2.5中的吸濕性組分,特別是硫酸鹽和硝酸鹽引發。關于硫酸鹽和硝酸鹽對人體健康的影響還有待于深入研究,至少不像倫敦煙霧和洛杉磯煙霧那樣有直接刺激。我國酸雨污染早已嚴重,硫酸鹽和硝酸鹽是主要酸雨前體物,可以長距離輸送,尚沒有看到嚴重影響人體健康問題的報道。灰霾和氣象條件密切相關:如果濕度進一步增加,就進化為霧,進化為雨,灰霾停止。如果濕度減小,陽光又燦爛,灰霾消散,那部分PM2.5還在不在?但灰霾時,建議心理緊張的人群,戴口罩出門,應當是一個好的措施。

但是,灰霾損害能見度顯而易見,常導致高速公路停運或交通事故、船運和飛機航班的延誤和取消,大鬧航站樓和嚴重交通事故等。灰霾在這方面的社會經濟影響卻應當受到研究和重視。

7、灰霾控制

灰霾主要是PM2.5中吸濕性組分引起,是二次細顆粒物。如果把PM2.5全都控制住了,當然也控制住了其二次性的、吸濕性的組分。但容易誤解為只需控制PM2.5的一次性部分就控制了灰霾,包括煙塵、揚塵、秸稈燃燒煙塵、汽車尾氣顆粒物,特別是柴油機車黑煙等。這些控制當然對控制灰霾有部分作用,但如果沒有對二氧化硫和氮氧化物排放的嚴格控制,灰霾照樣會來。產生二氧化硫和氮氧化物的主力是電力熱力生產和工業過程(主要是燃煤);雖然機動車尾氣是產生氮氧化物的重要來源,但也只占氮氧化物源的1/3。要控制灰霾,應當控制汽車尾氣,但更重要的是嚴格電力熱力生產和重要工業過程的脫硫和脫硝工作!

8、結論

我國政府和人民對空氣污染控制和治理投入很多,取得了明顯成效,各地空氣污染指數(API)基本上都呈現下降趨勢,就是明證。酸雨、城區光化學煙霧、灰霾污染嚴重,則多屬于二次空氣污染問題。新制定的空氣質量標準增設了PM2.5和臭氧要求,各地關于PM2.5的監測已經展開,體現了治理新形式空氣污染的決心和行動。但對于偏重煤炭的能源結構,脫硫工作從2007年以后才實質性實施,脫硝工作還剛剛開始;盡管政府和專家大聲疾呼要控制機動車尾氣排放,哪個城市的機動車擁有量不在迅速增加?我們還需要更多努力才能進一步改善空氣質量。

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