（大气物理学与大气环境专业论文）南京地区霾天气下大气细粒子污染特征的初步研究.pdf

摘要 随着经济发展和人民生活水平的提高，城市大气污染现象越来越引起人们的关注，特 别是城市霾现象的频频出现已严重影响了人们的生活，引起社会各阶层的广泛关注。作为 一个区域性环境问题，霾不仅使空气质量严重恶化，而且使大气能见度变差，对公众健康 带来极大的危害。因此，研究和掌握霾的污染特征及霾生成的主要影响因素，对霾的预报 和控制具有重要意义。 本研究利用2 0 0 7 年南京市草场门和迈皋桥监测点的细颗粒物( p m 2 5 ) 在线监测资料， 2 0 0 7 年6 月1 0 日至2 0 0 8 年5 月2 9 日南京市环境监测中心站的p m 2 5 及其化学成分的观测 和分析资料，以及同期气象资料，对p m 2 5 质量浓度、p m 2 5 中水溶性离子、元素、有机碳 ( o r g a n i cc a r b o n ，o c ) 和元素碳( e l e m e n t a lc a r b o n , e c ) 等成分进行了分析，研究了南京 地区霾天气下细颗粒物及化学成分的污染状况以及和气象条件的关系，并采用因子分析法 对南京市大气p m 2 5 来源进行了初步解析。主要研究内容和结论如下： 1 )南京地区p m 2 5 污染特征及其影响因子分析。研究了南京地区不同采样点( 草场门和 迈皋桥) 的p m 2 5 浓度的月季和日变化特征，利用同期气象资料分析了p m 2 s 浓度与气 象条件的关系。结果表明，2 0 0 7 年，南京市细颗粒物污染较重，春冬季节较高、夏秋 季节较低；日变化呈双峰分布。草场门采样点各月超标率均在5 5 以上，年超标率达 7 2 ：二个采样点各季节霾日p m 2 5 质量浓度均值均大于非霾日，无论是霾天气还是 非霾天气，草场门采样点各季节p m 2 5 质量浓度均高于迈皋桥采样点( 除秋季非霾天 气) 。对p m 2 5 质量浓度与水平能见度的相关性研究表明，南京市大气能见度与细粒子 质量浓度呈现很好的负相关性，相关系数高达- o 9 8 。草场门采样点霾天气下平均能见 度水平仅5 2 k i n ，最高能见度为1 3 k m ，最低为1 7 k m 。 2 )霾天气下南京市p m 2 5 中水溶性离子的污染特征。采用离子色谱法测定了2 0 0 7 年6 月 至2 0 0 8 年5 月草场门采样点p m 2 5 中的水溶性离子组成，并对其进行分析。结果表明， 霾天气下p m 2 5 中总水溶性离子质量浓度为5 4 2 8 l g m 3 ，为非霾天气的1 6 倍。分析的 6 种离子中s 0 4 2 、n 0 3 , n h 4 + 是p m 2 5 的主要组成成分。灰霾期间p m 2 5 与n 0 3 。、s 0 4 2 、 n h 4 + 的相关性较高。对比不同季节不同天气下的s o r ( s 0 2 转化率) 和n o r ( n o 。 转化率) ，发现霾天气下s 0 2 和n o x 转化率高于正常天气，表明s 0 2 、n 0 2 在霾天气 更容易转化为二次气溶胶粒子。 3 )霾天气下南京市p m 2 5 中金属元素污染特征及来源分析。利用电感耦合等离子体质谱 法测定了2 0 0 7 年6 月至2 0 0 8 年5 月问草场门采样点的p m 2 5 中k 、a i 、c a 、p b 等3 0 种元素的质量浓度，分析了这些元素在霾日与非霾日的污染特征。结果表明，春季霾 日前后元素变化特征不明显，秋冬季节霾日元素浓度基本大于非霾日。平均而言，整 个采样期间c u 、s e 、h g 、b i 等人为污染元素的富集因子都比较高，且霾日明显大于 非霾日。因子分析结果表明，南京市霾日p m 2 5 主要来源于土壤尘、冶金化工尘、化 石燃料燃烧、垃圾焚烧及建筑扬尘，贡献率依次为2 0 1 5 、2 9 2 1 、2 7 1 5 、7 0 9 和5 1 0 。 4 )霾天气下南京大气p m 2 5 中碳污染特征。利用热解法测定了草场门采样点2 0 0 7 年6 月 至2 0 0 8 年5 月p m 2 5 中o c 和e c 的含量，比较分析了南京地区灰霾与非灰霾期间含 碳气溶胶的污染特征。结果显示，不同季节，总碳气溶胶( t o t a lc a r b o n , t ) 占p m 2 5 的比值，即t c p m 2 5 值较为稳定，为2 7 左右。o c p m 2 5 以夏季最高( 1 8 2 ) ，e c p m 2 5 以夏季最低( 9 1 ) ；夏季t c 、o c 含量为四季中最高，非降水日下，t c 和o c 的浓 度分别高达3 7 1 峙m 3 和2 6 1 9 9 m 3 。秋、冬、春三季o c 浓度变化不大，平均在 1 3 6 1 j g m 3 - 1 4 8 蚺g m 3 之间：e c 浓度以秋季最高，分别为1 7 0p g m 3 ( 霾日) 和1 0 3 p g m 3 ( 非霾日) 。除夏季外，各季节霾天气下t c 、o c 、e c 、s o c 值显著高于非霾天气。 夏季采样期间存在明显的二次污染，o c e c 值达2 8 2 ，s o c 的百分含量和绝对含量都 在夏季达到最高；o c 、e c 的相关性较好，霾天和非霾天气下相关系数均高达o 7 以 上。霾天气下，o c 、e c 的相关系数为o 7 6 2 ，稍高于非霾天气下的相关系数( 0 7 4 7 ) 。 关键词g南京；霾；细颗粒物：水溶性离子：含碳组分；元素 - n a b s t r a c t a l o n g 谢t l lt h er a p i dd e v e l o p m e n to fe c o n o m i ca n dt h er e m a r k a b l ei m p r o v e m e n to fp e o p l e s l i v i n gs t a n d a r d ，t h ep h e n o m e n o no fa t m o s p h e r i cp o l l u t i o ni nu r b a na r e aa t t r a c t sm o r ea n dm o r e a t t e n t i o n p e o p l e sl i f e i sg r e a t l yi n v o v l e de s p e c i a l l yi nt h ep h e n o m e n o no fh a z es ot h a ti th a s a r o u s e de x t e n s i v ec o n c e l t lo fe v e r yl e v e lo fs o c i e t y a sa ne n v i r o n m e n t a lp r o b l e mt h a th a s r e g i o n a lc h a r a c t e r i s t i c s ，h a z ec a nn o to n l ya g g r a v a t et h e a i rq u a l i t y , b u ta l s oi n f l u e n c e a t m o s p h e r i cv i s i b i l i t y i na d d i t i o n , h a z eh a sag r e a ti n f l u e n c eo nh u m a nh e a l t h t h e r e f o r e , s t u d y i n ga n dk n o w i n gt h ep o l l u t i o nc h a r a c t e r i s t i c so fh a z ea n di t sm a i ni n f l u e n c ef a c t o r si s s i g n i f i c a n tf o rh a z ec o n t r o l l i n ga n dp r e d i c t i o n i nt h i ss t u d y , t h ef i n ep a r t i c l e ( p m 2 5 ) w a s s a m p l e do n - l i n ew i t ht e o m - 14 0 0 aa m b i e n t p a r t i c u l a t em o n i t o ri nn a n j i n gb o t ha tc a o c h a n g m e na n dm a i g a o q i a os a m p l i n gs i t e si nt h ey e a r 2 0 0 7 i na d d i t i o n , p m 2 5w e r es a m p l e df r o mj u n e2 0 0 7t om a y2 0 0 8a tc a o c h a n g m e ns i t ea n di t s c h e m i c a lc o m p o s i t i o ni n c l u d i n gw a t e r - s o l u b l ei o n s ，e l e m e n t , o r g a n i cc a r b o na n de l e m e n t a l c a r b o nw e r em e a s u r e db yw e i g h i n gm e t h o d , i o nc h r o m a t o g r a p h y , i n d u c t i v e - c o u p l e dp l a s m a c h r o m a t o g r a p h ya n dp y r o l y s i sm e t h o dr e s p e c t i v e l y b a s e do nt h er e s u l t sf r o mp m 2 5a n di t s c h e m i c a lc o m p o s i t i o n , t h ep o l l u t i o nc h a r a c t e r i s t i c so fp m 2 5u n d e rh a z ew e a t h e ra n dt h e r e l a t i o n s h i pw i n lt h em e t e o r o l o g yc o n d i t i o n sw e r es t u d i e d , t h ep o l l u t i o ns o u r c e so fp m 2 5i n n a n j i n gw e r ea n a l y z e db yf a c t o ra n a l y s i sm e t h o d t h em a i nr e s e a r c hc o n t e n t sa n dc o n c l u s i o n s a r ea sf o l l o w s ： 1 ) t h ep o l l u t i o nc h a r a c t e r i s t i c so fp m 2 5i nn a n j i n ga n di t si n f l u e n c ef a c t o r s t h i ss e c t i o nh a s a n a l y z e dt h es e a s o n a la n dd i u r n a lv a r i a t i o nc h a r a c t e r i s t i c so fp m 2 5m a s sc o n c e n t r a t i o na t d i f f e r e n ts a m p l i n gs i t e s ( c a o c h a n g m e n & m a i g a o q i a 0 1i nn a n j i n gb yo n - l i n em o n i t o r i n gd a t ai n t h ey e a r2 0 0 7 t h er e l a t i o n s h i pb e t w e e np m 2 5a n dw e a t h e rc o n d i t i o nw e r ea l s od i s c u s s e db y s i m u l t a n e o u sm e t e o r o l o g i c a ld a t a t h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h ep o l l u t i o no ff i n e p a r t i c l e si n n a n j i n gh a db e e ns e r i o u si nt h ey e a ro f2 0 0 7 ，h i g h e ri ns p r i n ga n dw i n t e r ，l o w e ri na u t u m na n d s u m m e r t h e r ew e r et w op e a k si nt h ec u r v eo fd a i l yv a r i a t i o n so fp m 2 5c o n c e n t r a t i o n t h e e x c e s s i v er a t ea tc a o c h a n g m e nw a s5 5 e a c hm o n t ha n dt h ea n n u a le x c e s s i v er a t eh a dr e a c h e d 7 2 ；i na d d i t i o n , p m 2 5m a s sc o n c e n t r a t i o na tt w os a m p l i n gs i t e sw a sh i g h e ru n d e rh a z yd a y s t h a nt h en o n h a z yd a y s w e a t h e ri nh a z yd a y so rn o n - h a z yc l a y s ，t h ep m 2 5m a s sc o n c e n t r a t i o na t c a n c h a n g m e ns a m p l i n gs i t ew a sl a r g e rt h a nt h a ta tm a i g a o q i a os a m p l i n gs i t e ( e x c e p tn o n - h a z y d a y si na u t u m n ) p m 2 5m a s sc o n c e n t r a t i o na n dv i s i b i l i t ys h o w e dag o o dn e g a t i v ec o r r e l a t i o ni n n a n j i n gw i t hc o e f f i c i e n ta sh i g ha s - 0 9 8 t h ea v e r a g ev i s i b i l i t ya tc a o c h a n g m e ns a m p l i n gs i t e u n d e rh a z yd a y sw a so n l y5 2k i n , w i t ht h em a x i m u m v i s i b i l i t yo f13 k m ，t h em i n i m u mo f1 7 k m 2 ) c h a r a c t e r i s t i c so fw a t e r - s o l u b l ei o n s i np m 2 5d u r i n gh a z e p e r i o di nn a n j i n g t h em a s s c o n c e n t r a t i o no fw a t e r - s o l u b l ei o i l so fp m 2 5w h i c hw e r ec o n t i n u o u s l ys a m p l e df r o mj u n e2 0 0 7 i t 0m a y2 0 0 8w s sd e t e c t e db yi o nc h r o m a t o g r a p h y t h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h em a s s c o n c e n t r a t i o no ft o t a lw a t e r - s o l u b l ei o n si nh a z ed a y s ( s 4 2 8 p g m 3 ) w a s1 6t i m e so ft h a t i n n o r m a ld a y s a m o n gt h es i xi o n sa n a l y z e d , s 0 4 小，n 0 3 一a n dn i - h + w e r et h em o s ti m p o r t a n t c o m p o n e n t so fp m 2 5 ah i g hc o r r e l a t i o nw a sf o u n db e t w e e nt h ec o n c e n t r a t i o n so fp m 2 5a n d n h 4 + ，n 0 3 一a n ds 0 4 pd u r i n gh a z ep e r i o d t h es o r ( c o n v e r s i o nr a t i oo fs 0 2 ) a n dn o r ( c o n v e r s i o nr a t i oo fn 0 2 ) w e r eh i g h e ri nh a z yd a y st h a nt h o s ei nn o r m a ld a y s ，i n d i c a t i n gt h a t s 0 2a n dn 0 2w e r ee a s i e rt ob et r a n s f o r m e di n t os e c o n d a r yp a r t i c l e sd u r i n gh a z yd a y s 3 ) t h ec h a r a c t e r i s t i c sa n ds o u r c e so fm e t a le l e m e n t si np m 2 5d u r i n gh a z ya n dn o n - h a z yd a y s i nn a n j i n g t h i r t ym o s ti m p o r t a n tm e t a le l e m e n t s ，i n c l u d i n gk ，a i ，c aa n dp b ，e t c ，i np m 2 5 w h i c hw e r es a m p l e df r o mj u n e2 0 0 7t om a y2 0 0 8w e r ed e t e r m i n e du s i n ga ni n d u c t i v ec o u p l e d p l a s m a - m a s ss p e c t r o m e t r y ( i c p m s ) ，t h ec h a r a c t e r i s t i c so ft h e s ec o m p o n e n t sw e r ea n a l y z e d a n dc o m p a r e db e t w e e nh a z ya n dn o n - h a z yd a y s t h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h ec o n c e n t r a t i o no f m e t a le l e m e n t si nh a z yd a y sw a sh i g h e rt h a nt l l a ti nn o n - h a z yd a y si na u t u m na n dw i n t e r ，b u t t h e r ew a sn os i g n i f i c a n td i f f e r e n c eb e t w e e nh a z ya n dn o n - h a z yd a y si ns p r i n g e n r i c h m e n t f a c t o r ( e f ) a n a l y s i sf o rm e t a le l e m e n t ss h o w e dt h a tm e t a lc o m p o n e n t sf r o ma n t h r o p o g e n i c o r i g i n s ( c u , s e ，h ga n db i ) w e r eh i g h l ye n r i c h e di np m 2 5 ，e s p e c i a l l yi nh a z yd a y s as o u r c e a n a l y s i sf u r t h e rr e v e a l st h a tp m 2 5i nh a z yd a y si nn a n j i n gm a i n l yo r i g i n a t e sf r o ms o i ld u s t s ， m e t a l l u r g i ce m i s s i o n s ，t h ec o m b u s t i o no ff o s s i lf u e l ，r e f u s ei n c i n e r a t i o na n de m i s s i o n sf r o m c o n s t r u c t i o ni n d u s t r i e s ，w h i c hc o n t r i b u t e d2 0 1 5 ，2 9 2 1 ，2 7 1 5 ，7 0 9 a n d5 1 0 ， r e s p e c t i v e l y ，t ot h et o t a lm a s so fp m 2 5 4 ) c h a r a c t e r i s t i c so fc a r b o n a c e o u sc o m p o s i t i o ni np m 2 5d u r i n gh a z ep e r i o di nn a n j i n g c a r b o n a c e o u ss p e c i e ss u c ha so r g a n i cc a r b o n ( o c ) a n de l e m e n t a lc a r b o n ( e c ) i np m 2 5s a m p l e s w h i c hw e r ec o l l e c t e df r o mj u n e2 0 0 7t om a y2 0 0 8w e r ea n a l y z e d t h ep o l l u t i o nd e g r e ea n d c h a r a c t e r i s t i c so fc a r b o n a c e o u sa e r o s o l sd u r i n gh a z ea n dn o n - h a z ep e r i o dw e r ea n a l y z e da n d c o m p a r e d t h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h er a t i oo ft c p m 2 5w a ss t e a d i e ri nd i f f e r e n ts e a s o n s ( a b o u t 2 7 ) t h er a t i oo fo c p m 2 5w a st h eh i g h e s ti ns u m m e r ( 18 2 ) ，w h i l et h er a t i oo fe c p m 2 5 w a st h el o w e s t ( 9 1 ) ；o ns e a s o n a la v e r a g e ，t h eh i g h e s tt c ( 3 7 1o g m ) a n do c ( 2 6 1p e ；m ) c o n t e n to c c u r r e di ns u n l m e lo cc o n c e n t r a t i o nh a dn oo b v i o u s l yc h a n g ei na u t u m n , w i n t e ra n d s p r i n g ，v a r yf r o m1 3 6 1 x g m t o1 4 8 1 t g m 3 t h eh i g h e s te cc o n c e n t r a t i o no c c u r r e di na u t u m l 1 ， 17 0 0 9 m i nh a z ed a y sa n d1 0 3 弘g m 。i nn o n - h a z ed a y s t h ev a l u e so ft c ，o ca n de ch a v e c o n s i d e r a b l yi n c r e a s e d , c o m p a r e dt on o n h a z ed a y se x c e p td u r i n gs u m l n e r t h eo c e cr a t i oi n s u m m e rw a s2 8 2 ，a n dt h ep e r c e n t a g ec o m p o s i t i o na n da b s o l u t ec o n t e n to fs o cw e r eh i g h e s ti n s u m m e r , h i g h e ri nh a z ed a y s ，l o w e ri nn o n - h a z ed a y s ，w h i c hi n d i c a t e dt h a tt h e r eh a da no b v i o u s p o l l u t i o no ns e c o n d a r yo r g a n i cp o l l u t a n t s t h er e l e v a n c eo fo ca n de ci nh a z ed a y sw a sal i r l e h i g h e rt h a ni nn o n - h a z ed a y s ，t h ec o r r e l a t i o nc o e f f i c i e n tw a s0 7 6 2a n d0 7 4 7s e p a r a t e l y k e y w o r d s ：n a n j i n g ；h a z e ；p m z s ；w a t e r - s o l u b l ei o n s ；c a r b o n a c e o u ss p e c i e s ；e l e m e n t 惑 学位论文独创性声明 本人郑重声明： 1 、坚持以。求实、创新一的科学精神从事研究工作。 2 、本论文是我个人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究 成果。 3 、本论文中除引文外，所有实验、数据和有关材料均是真实的。 4 、本论文中除引文和致谢的内容外，不包含其他人或其它机构 已经发表或撰写过的研究成果。 5 、其他同志对本研究所做的贡献均已在论文中作了声明并表示 了谢意。 作者躲憋李 e l 期：2 f ! ：堑：兰 学位论文使用授权声明 本人完全了解南京信息工程大学有关保留、使用学位论文的规 定，学校有权保留学位论文并向国家主管部门或其指定机构送交论 文的电子版和纸质版；有权将学位论文用于非赢利目的的少量复制 并允许论文进入学校图书馆被查阅；有权将学位论文的内容编入有 关数据库进行检索；有权将学位论文的标题和摘要汇编出版。保密 的学位论文在解密后适用本规定。 作者签名：握至蔓 日期：乡f ! t 三 第一章绪论 1 1 霾的概念 1 1 1 霾的定义 第一章绪论 霾作为一种自然现象三千年前就已存在，在古代它用来表示风沙天气，然而随着工业 发展和人类活动的逐渐加强，大气污染的问题日益突出，城市污染不断加剧，由空气污染 导致的公害事件也不断发生，现代的霾已成为现代社会的一种污染天气现象。 中国气象局( 1 9 7 9 ) 地面气象观测规范中，霾天气定义为：“大量极细微的干尘粒 等均匀地浮游在空中，使水平能见度小于lo 千米的空气普遍有混浊现象，使远处光亮物微 带黄、红色，使黑暗物微带蓝色”【1 】。香港天文台和澳门地球物理暨气象局也称烟霞( h a z e ) 。 其核心物质是空气中悬浮的灰尘颗粒，即气溶胶颗粒。 1 1 2 霾与雾的区别 霾是一种稳定大气中的污染现象。霾的厚度较厚，与晴空区之间没有明显的边界，霾 粒子的分布比较均匀，因而在霾中能见度非常均匀；霾粒子的尺度较小，平均宣径大约在 0 3 弘m 到1 i x m 2 。由于霾看起来呈黄色或橙灰色，故霾也被称为灰霾f 3 】。 表1 1 蓬与雾的区别【4 】 t a b l e1 1d i s t i n c t i o nb e t w e e nh a z ea n df o g 第一章绪论 雾是由大量悬浮在近地面空气中的微小水滴或冰晶组成的气溶胶系统，是近地面层空 气中水汽凝结或凝华的产物。雾的存在会降低空气透明度，使能见度恶化。雾的厚度相对 于霾要小很多；雾的颜色是乳白色、青白色：雾的边界很清晰，过了“雾区”可能就是晴空 万里。 一般来讲，雾和霾的区别主要在于水分含量的大小。发生霾时相对湿度( r e l a t i v e h u m i d i t y , r h ) 不大，而雾中的相对湿度较高。当水汽凝结加剧、空气湿度增大时，霾就会 转化为雾。在我国，关于霾和雾的区分有很多人作了研究口5 4 1 。然而，一直以来，全国对 霾与轻雾或雾的识别没有统一的判别标准，各省的实际情况也各不相同口一。在我国国家气 象台观测系统中，一般用相对湿度的高低来区分霾与雾，其他国家和一些组织如世界气象 组织( w m o ) 等在不同的历史时期也有采用相对湿度作为判别标准，相对湿度的取值各 地差异较大，见表1 2 。 表1 2 不同地区和组织在雾霾区分中定义的相对湿度大小 t a b l e1 2t h ev a l u eo f r e l a t i v eh u m i d i t yi nh a z ec l a s s i f y i n gi nd i f f e r e n tr e g i o n sa n do r g a n i z a t i o n s 中国气象局最新发布的国家气象行业标准霾( 灰霾) 的观测和预报等级将于2 0 1 0 年 2 - 第一章绪论 6 月1 日起实施。该标准由中国气象局委托广东省气象局编制，由广东省气象局首席专家 吴兑研究员联合澳门地球物理暨气象局汤仕文先生，历时5 年，几易其稿而完成。新标准 纳入了部分大气成分指标，如p m 2 5 限值为7 5 岭m 3 ，p m l 限值为6 5t j g m 3 ，气溶胶散射 系数限值是4 0 0 m m ，气溶胶吸收系数限值是8 0 m m 1 。当以上指标中任何1 项超过限值时， 即使能见度大于1 0 k i n ，也记为灰霾。新标准在能见度上延续了原来的要求，但明确规定 了相对湿度为9 5 。也就是说，当能见度小于1 0 公里、相对湿度小于9 5 时，并且排除 降水、沙尘暴、雪暴等天气造成的视程障碍，就是灰霾。 1 2 霾的危害 现有研究表明，霾会造成大气能见度降低，增加交通事故发生的机率，由于霾中含有 灰尘、海盐、硫酸盐、硝酸盐、有机气溶胶粒子和汽车废气等多种直径小于1 0i l m 的固体 颗粒。这些固体颗粒尤其是亚微米粒子可穿过鼻毛和鼻黏膜的阻挡，直接进入并黏附在人 的呼吸道和肺叶上，从而诱发鼻炎、哮喘、支气管炎、肺炎、肺气肿、心血管系统紊乱等 与心肺功能障碍有关的疾病，引起眼和喉部刺激、皮肤病、传染病、d , j l 佝偻病等多种疾 病 1 6 - 2 1 】，甚至引发死亡【2 2 1 。灰霾不仅危害人体健康，影响景观、旅游、交通等，霾天气范 围的扩大和长时间持续还会影响气候【1 8 , 2 0 , 2 2 - 2 3 , 2 5 ，减少地表的紫外线辐射量，降低植物叶 面的光合作用，从而对农作物产品的质量和产量造成影响，造成农业减产口3 五8 】，甚至对城 市建筑产生一定的腐蚀作用。更令人担忧的是，灰霾还加快了城市遭受光化学烟雾污染的 提前到来。 1 2 1 霾对气候的影响 国外学者较早地对霾的组成及气候特征进行了研究，如q u i n n pk ( 2 0 0 3 ) 2 9 1 开展了区域 性霾现象对气候的影响研究。r a m a n a t h a n 等( 2 0 0 1 ，2 0 0 3 ) 1 2 6 2 7 】通过卫星资料反演、外场观测 和数值模拟等研究了亚洲棕色云( a b c ) ( a s i ab r o w nc l o u d s ，后改称a t m o s p h e r i cb r o w n c l o u d s ) 对区域性和全球气候可能产生的影响。他们的结果显示a b c 中的吸收性气溶胶使 第一章绪论 喜马拉雅山南侧广大区域的地表太阳辐射量减少2 0 ，其后果是增强了此地区的大气逆温 层和边界层稳定度，并由此导致蒸发减少和对流层更干燥，从而对气候造成影响。研究表 明，霾的吸收性气溶胶将显著降低到达地面的太阳总辐射，减少日照时数口3 伽。 刘爱君等( 2 0 0 4 ) 【2 5 1 对广州地区的研究结果显示，1 9 6 1 - 2 0 0 2 年间广州年太阳总辐 射及年日照时数呈逐年减少趋势，与年灰霾日数总体增加的趋势正好相反。2 0 0 1 年灰霾日 数较少，年太阳总辐射量及年日照时数有所回升，但2 0 0 2 年灰霾日数的增加又导致太阳 总辐射量及年日照数的减少。郑宏翔，巩志宇等( 2 0 0 8 ) 口3 1 对南昌气象观测站1 9 6 0 2 0 0 6 年4 7 年的观测资料的分析也表明：灰霾能够降低到达地面的太阳总辐射。 高歌( 2 0 0 8 ) 删利用1 9 6 i 2 0 0 5 年中国霾日统计资料，探讨了霾变化与太阳总辐射、 日照时数变化的关系。结果表明：华北、长江中下游地区、华南地区霾日变化趋势与日照 时数变化趋势相反。东北地区、西北地区、西南地区、青藏高原霾日变化和日照时数变化 均呈现不明显的减少趋势，但由于这些地区霾日发生少，其变化不会对日照时数和太阳总 辐射变化造成很大的影响。 1 2 2 霾对环境和能见度的影响 自2 0 世纪7 0 年代以来，大气颗粒物对能见度的影响就一直是环保部门所关注的问题 之一。美国、加拿大、澳大利皿、韩国、日本等国家从这个时候起就相继开展了一些大气 气溶胶引起能见度下降方面的研究 3 0 l 。研究表明，大气颗粒物对可见光的散射和吸收是造 成大气能见度降低、也是造成大气灰霾的主要原因。 从颗粒物粒径上看，大颗粒散射引起的大部分散射光线，并不明显地改变其原来的路 径，而那些大小与可见光波长( o 4 t t m 0 7 “r a ) 相近的颗粒影响较明显【3 1 3 4 1 。因此，通常认 为散射效应主要同细颗粒有关，它对大气能见度衰退的贡献率高达8 0 9 0 以上【3 孓3 9 1 ， 其中吸光系数约占总消光系数的2 0 - - 3 0 ( s i s l e rj e ，1 9 9 7 ：c h a r te t a l ，1 9 9 9 ) ，有的甚至 超过5 0 t 4 0 。 从颗粒物数浓度看，根据在华南观测的能见度较好时的气溶胶谱资料h 1 1 ，1 0 1 9 n 粒子 的数量大致有1 0 2 个m 3 ，2 5 l j m 的粒子有1 0 4 个i n 3 ，l l j m 的粒子有1 0 7 个i n 3 ，o 1 l j m 4 第一章绪论 的粒子有1 0 1 1 个m 3 ，巨粒子与次微米粒子数量相差1 0 9 倍，说明能见度的恶化与细粒子 的数浓度关系较大，出现较重气溶胶污染导致低能见度事件出现时，细粒子的比重更大。 从化学成分上看，颗粒物的光学性质与其化学组成密切相关。细粒子中的硫酸盐、硝 酸盐、颗粒有机物和碳黑等是造成能见度下降的主要物质。研究表明，不同区域，颗粒物 化学成分对能见度的影响不同p 4 1 。 表1 3 不同区域细颗粒物中不同化学成分对能见度( 区域雾霾) 的不同影响 t a b l e1 3t h ee f f e c to f d i f f e r e n tc h e m i c a lc o m p o s i t i o ni nf i n ep a r t i c l e so nv i s i b i l i t y ( r e g i o n a lh a z e la td i f f e r e n t a r e 鹪 注：即指其在能见度影响中列主要因素，撑指列第二大影响因子 1 2 3 霾对人体健康的影响 调查资料显示，霾天气容易让人心情郁闷，产生悲观情绪。在有霾的日子里出现自杀、 夫妻吵架和生意谈判破裂等事故的几率要比在晴朗的日子里多3 倍以上。此外，霾天气对 人的生理健康也有重要影响。有关灰霾的健康效应早已受到国际学术界的关注，并已有了 科学而详实的研究。美国、日本、马兰西亚等一些国家相继开展了大气气溶胶的研究，并 集中考察了灰霾高发期时的健康效应。在国内，我们仍缺乏对霾健康效应的了解。 5 第一章绪论 霾发生时，空气中的灰尘、硫酸与硫酸盐、硝酸与硝酸盐、有机碳氢化合物等粒子、 尤其是其中的细粒子数目增加，灰霾中的颗粒物不但能进入并沉积于呼吸道甚至肺部，而 且其上载带的有害物质还可能通过炎症、细胞因子及化学因子释放，肺中氧自由基产生， 内毒素介导的细胞及组织相应损失，刺激物受体的应激效应，关键细胞酶的共价修饰等机 理对人体产生毒性作用，诱发疾病h t 。研究表明，灰霾天气的产生可以诱发鼻炎n 9 1 、哮喘、 支气管炎、肺炎、肺气肿、心血管系统紊乱等与心肺功能障碍有关的疾病，引起眼和喉部 刺激、皮肤病、传染病、小儿佝偻病等 1 6 - 1 8 , 2 0 1 多种疾病，甚至引发死- 亡 2 2 1 。 研究表明，不同来源产生的灰霾天气对人体健康的影响是不同的。此外，灰霾对不同 人群的影响也不一样。 日本疾病救助( j d r ) 专家组1 9 9 7 年对大规模火灾后印尼的k a l i m a n t a n 和s u m a t r a 两 地出现的灰霾天气研究表明：由化学燃料燃烧和生物燃烧方式下出现的p m l o 引发的灰霾 天气对人体健康的影响是不同的。灰霾对老年人和儿童有呼吸道疾病记录的人群危害最大， 对青年人的影响相对小些【耜】。 o d i h i 等h 明在1 9 9 7 到1 9 9 8 年灰霾出现期间的调察结果显示：在年龄方面，与灰霾相 关的不利影响倾向于发生在幼年( 6 0 岁) 人群身上，各自的比例是o 9 ( 6 0 岁) ；在工作环境方面，户外工作人群的发病比 例高于室内工作人群；在生活环境方面，城市和农村的调查结果有明显区别，城市人口对 灰霾天气的暴露时间和机会均高于农村人口，发病率也相对较高；在性别方面，在同等收 入水平下，灰霾天气中出现不良健康状况的男性比例是女性的2 0 0 * o 至u3 0 0 。 1 3 研究背景 早在1 2 世纪，哲学和科学家m o s e sm a i m o n i d e s ( 1 1 3 5 1 2 0 4 ) 就已经关注到了环境问 题，他指出城市空气和乡村空气有差别，空气的变化已对居民的健康产生了影响【5 0 l 。我国 从上世纪7 0 年代中期以来一直重视对烟尘排放的治理，并取得了一定成效，但目前颗粒物 污染问题依然十分严重。近些年，南京市加大了环境保护的力度，随着“燃煤锅炉清洁能 源改造”、“绿色南京”等工程的实施，以及在创建国家环境保护模范城市和创建最佳人居 6 第一章绪论 环境城市等重要决策下，在大气污染治理方面投入了大量的人力、物力、财力，使得大气 环境质量有所改善，但是相对一些沿海地区的清洁城市来说，南京市大气污染仍然很严重， 主要污染物为可吸入颗粒物( p m l o ) ，且p m l o 浓度一直居高不下。南京主城区的p m l o 质 量浓度在2 0 0 1 , 2 0 0 8 年间年均值基本维持在1 0 0i - l g m 3 以上，其中2 0 0 1 - 2 0 0 7 年p m l o 浓度 仍明显劣于国家环境空气质量二级标准( 1 0 0j _ t g m 3 ) ，七年年均值达1 2 1 5 7g g m 3 ：2 0 0 8 年城市环境空气中p m l o 平均浓度( 9 8g g m 3 ) 虽略优于国家二级标准，但还处于较高水平， 特别是秋冬季节雾霾天气有增无减。p m l o 在t s p 中所占的比例呈上升趋势。另有研究显 示，近十几