大气污染之灰霾

1、大气污染之灰霾 环保部近日发布的2017年1月份全国空气质量显示：京津冀区域13个城市PM2.5浓度同比上升43.8%。 中国科学院遥感与数字地球研究所，通过卫星遥感图象，不仅可以看到雾霾分布和变化，科学家还可以计算出相应的PM2.5的数值，这个数值跟地面观测到的数值几乎一样。 中科院大气物理研究所位于北京市的北三环附近，杨员是这里的科研助理，他每天都要到屋顶收集和放置采集PM2.5的膜。杨员每天要采集两次，在跨年雾霾这几天，他采集的膜只有1月2日上午是白的，其它时间都是黑色的。 人的头发直径大概是50到70微米，PM2.5颗粒只有人的头发丝的二十分之一到三十分之一。 PM2.5指的是质量浓度

2、 ，g /m3 主要成分是有机物、硝酸盐、硫酸盐、铵盐、元有机物、硝酸盐、硫酸盐、铵盐、元素碳、氯盐、痕量元素素碳、氯盐、痕量元素等。硫酸盐来自于燃煤，硝酸盐来自于燃煤跟机动车、工业等等排放出的氮氧化物，铵盐是来自于农牧业，当然工业也有一部分铵盐，另外还有有机碳或者叫有机物。 PM2.5的来源非常复杂 ，分为一次来源与二次来源 ，二次源是指各污染源排出的气态污染物，如二氧化硫、氮氧化物、挥发性有机物和氨等，经过复杂的大气化学反应而生成的二次细颗粒物。 曾经有人做过实验，测量家用机动车尾气排放中的PM2.5的数值，发现机动车尾气中的PM2.5的数值并不高。 中科院中科院“大气灰霾追因与控制大气灰

3、霾追因与控制”专项首席科学家专项首席科学家贺泓贺泓：机动车所排放的污染物大部分是气态污染物，比如说氮氧化物VOC ，氮氧化物会变成硝酸盐，VOC会变成二次有机颗粒物，机动车对呈霾机动车对呈霾的贡献主要体现在二次颗粒物的贡献上的贡献主要体现在二次颗粒物的贡献上 中科院生态环境研究中心副研究员刘永春做了一个实验，模拟排放的污染气体在大气里面的转化过程。实验往烟雾箱里加了挥发性有机物和氮氧化物，这些都是机动车会排放的气体，过了两个小时，仪器显示，烟雾箱里的颗粒物在增加。实验说明，原来的气态污染物在大气里面通过转化，会生成大量的颗粒物，这实际上也是霾的形成途径之一。另外一个实验中，一个管子里是颗粒物，

4、另一个管子加入含二氧化硫的空气，当这两个管子里的东西混合在一起时，能看到气态的二氧化硫向颗粒物转化。也就是说，在污染条件下，空气中已有的颗粒物会进一步加剧气态污染物向颗粒物转化，导致更多的颗粒物生成。 中科院中科院“大气灰霾追因与控制大气灰霾追因与控制”专项首席专项首席科学家贺泓科学家贺泓：京津冀 ：北京是后工业化时代 ，主要污染来自生活交通污染氮氧化物 ，天津是工业化后期 ，典型污染行业是石油化工所带来的典型的VOC污染 ，河北是一个典型的工业化前期，或者叫中期，主要是重化工，散烧煤典型的污染是二氧化硫，还有农畜牧业氨的排放，造成了复合的大气污染 。 从卫星观测图可以看到，京津冀及周边地区的

5、颜色最重，从红色到黄色深浅不一。红色代表PM2.5的年平均值（单位：微克/立方米）在120到150之间，黄色代表PM2.5的年平均值在90到120之间，绿色代表PM2.5的年平均值在60到90之间，蓝色代表PM2.5的年平均值在30到60之间。一组北京市从1999年到2016年的卫星遥感观测图显示，颜色每年都有不同，2013年最红，但是这两年颜色却开始变绿了。 为什么我们感受不到PM2.5下降了？ 随着全球气候变暖，冬季的风少了，不仅风少了，屋顶的层高也低了。 中国气象局的探空分析发现，2013年的逆温层高度是1700米，2014年是2000米，2015年是1000米，2016年变成了500米

6、。 污染状况就压缩在逆温层之下，就像房间越来越小了。 京津冀地方有太行山脉和燕山山脉，是一个弧状山脉，容易聚集污染物；内因是这个地方排放的污染物的量接近或者超过了大气容量 排放是内因，气象是外因。我们很难改变地形和气象条件，但是可以通过改变生产方式、消费方式，来减少污染物的排放总量。 定义定义 灰霾=雾霾？ 霾霾（mai）：表示有风沙天气的，）：表示有风沙天气的，“风而雨风而雨土为霾土为霾”之说。之说。Haze 灰霾的气象定义：悬浮在大气中的大量灰霾的气象定义：悬浮在大气中的大量微微小尘粒、烟粒或盐粒小尘粒、烟粒或盐粒的集合体，在大气相的集合体，在大气相对湿度小于对湿度小于80%，水平能见度水

7、平能见度降低到降低到10公公里以下的一种天气现象。里以下的一种天气现象。5至8公里属于中度灰霾现象，3至5公里属于重度灰霾现象，少于3公里则是严重的灰霾现象 。 2011年年11月，研究专家称，出现灰霾严重月，研究专家称，出现灰霾严重的年份后，相隔七年就会出现肺癌高发期。的年份后，相隔七年就会出现肺癌高发期。 定义定义 地面气象观测规范中，灰霾被这样定义：“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10千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。 在我国的部分区域存在着4个灰霾严重地区：黄淮海地区、长江河谷、四川盆地和珠江三角洲。 灰霾=雾霾？区别 雾是气

8、溶胶系统，是由大量雾是气溶胶系统，是由大量悬浮悬浮在近地面空气中的在近地面空气中的微微小水滴或冰晶小水滴或冰晶组成的、组成的、能见度能见度降低到降低到1千米以内的自然千米以内的自然现象。现象。 含水量含水量：水分含量达到：水分含量达到90%以上的叫雾，水分含量低以上的叫雾，水分含量低于于80%的叫霾。的叫霾。 能见度能见度 ：水平能见度水平能见度降低到降低到1千米以内，就是雾；水千米以内，就是雾；水平能见度小于平能见度小于10千米，且是灰尘颗粒造成的，就是霾千米，且是灰尘颗粒造成的，就是霾或灰霾或灰霾 。 厚度厚度：雾的厚度只有几十米至：雾的厚度只有几十米至200米，霾则有米，霾则有1千米千米

9、3千米千米 颜色颜色：雾的颜色是乳白色、青白色，霾则是黄色、橙：雾的颜色是乳白色、青白色，霾则是黄色、橙灰色灰色 边界边界 ：雾的边界很清晰，过了：雾的边界很清晰，过了“雾区雾区”可能就是晴空可能就是晴空万里，但是霾则与周围环境边界不明显。万里，但是霾则与周围环境边界不明显。 形成原因 雾霾的形成需要两个条件：一次排放污染物和气象条件。 形成雾霾的内因是一次排放污染物，如二氧化硫、氧氮化物、一氧化碳、碳氢化合物、颗粒物等 外因外因是适合上述一次污染物大量二次转化的气象条件，主要有四个： 一是风，影响污染物横向扩散； 二是逆湿，即高空气温高，地表附近气温低（正常情况下温度会随着高度增加而下降），

10、其影响扩污染物纵向扩散； 三是湿度，影响凝结核化学变化的过程； 四是光照，加剧化学反应。 形成原因 在内外因共同作用下，一次污染在大气中相互作用，经化学反应或光化反应形成与一次污染物物化性质完全不同的新的大气污染物，即为二次污染物,如臭氧、醛、酮、酸、过氧乙酰硝酸酯（PAN）等。 形成原因 冬季，由于气团稳定、天气较干燥，逆温层气候频繁。晴朗、干燥的静稳天气中，地面散热迅速，近地面气层降温多，从而在低空形成辐射逆温层。一方面，逆温层如同“棉被”将城市的一次污染物阻滞在低空（图1）；另一方面，近地面层大量聚积水汽，会在逆温层下形成辐射雾，创造了极好的雾霾生成条件，促使一次污染物大量二次转化。在逆

11、温层与静稳天气等气象条件下，空气中的大气污染物浓度会比对流频繁（有风）的时期提高5-10倍。形成原因 一是水平方向静风现象的增多 。高楼增多，摩擦增大 二是垂直方向的逆温现象。高空比低空气温更高 三是悬浮颗粒物的增加。 机动车南方与北方 在同样多雾的气象条件下，南方地区几乎不存在小锅炉取暖，一次污染物排放量相对少，二次转化增量少，霾的指数也相对低；北方地区由于大量燃煤供热，一次污染物排放大大增加，再经过逆温层的二次“发酵”后，大气污染物急剧上升，环境承载力突破临界点而形成雾霾，最终致供暖季北方地区雾霾频发。 地形也会对雾霾的形成有影响 如北京东、北、西三面环山，西面、北面的弱冷空气不易进入平原

12、地区，或者途经山脉后强度减弱，而来自北京南面北京南面的外来污染物却能长驱直入（图2），且被西北方位群山阻挡，客观上导致雾霾难以快速消散。刮北风时，逆温层被吹散，雾霾也即刻消散。形成原因 污染物遇水汽发生灰霾事件污染物遇水汽发生灰霾事件 空气污染物中的可溶性成分遇到浮尘矿物质凝结核后会迅速包裹，形成混合颗粒，再遇到较大的空气相对湿度后，就会很快发生吸湿增长，颗粒的粒径增长2倍至3倍，消光系数增加8倍至9倍，也就是能见度下降为原来的八分之一至九分之一。 雾霾源头 2015年，煤炭在我国一次能源消费中的比重高达64%，石油消费占18.1%，天然气消费仅为5.9%，一次电力及其他能源占14.5%。 我

13、国的煤炭消费中约有50%为电煤，散煤主要包括家庭取暖、餐饮等用煤，以及一些水泥厂、玻璃厂、钢厂、工业用的小型锅炉（平均容量在8吨/小时），约占煤炭消费总量的15-20%。电厂对脱硫、脱硝、除尘要求较高，其他种类的煤炭消费排放则相对高，如工业锅炉（65吨/小时以下）中烟尘、二氧化硫、氮氧化物等污染物的排放则比普通煤电厂高出2-4倍。散煤燃烧单体容量小，脱硫、脱硝处理环保成本极高，目前尚未制定散煤排放标准，业内普遍认为散煤燃烧排放一般为电厂排放的10倍。造成危害 一是影响身体健康 。百种大气颗粒物 ，矿物颗粒物、海盐、硫酸盐、硝酸盐、有机气溶胶粒子等直接进入并粘附在人体上下呼吸道和肺叶中 ，亚微米

14、粒子会分别沉积于上、下呼吸道和肺泡中，引起鼻炎、支气管炎等病症，长期处于这种环境还会诱发肺癌。 减少紫外线，人体合成维生素D减弱；传染性病菌的活性增强，传染病增多 造成危害 二是影响心理健康。让人产生悲观情绪 三是影响交通安全。 四是影响区域气候。城市遭受光化学烟雾污染 ，是一种淡蓝色的烟雾，汽车尾气和工厂废气里含大量氮氧化物和碳氢化合物，这些气体在阳光和紫外线作用下，会发生光化学反应，产生光化学烟雾。主要成分是一系列氧化剂，如臭氧、醛类、酮等，毒性很大，对人体有强烈的刺激作用，严重时会使人出现呼吸困难、视力衰退、手足抽搐等现象。 二次污染：光化学烟雾美国洛美国洛杉矶光化杉矶光化学烟雾事学烟雾

15、事件件 造成危害 引发肺癌：灰霾与肺癌有着“七年之痒” “灰霾将取代吸烟，成为肺癌致病头号杀手” 应对措施 首先，应建立灰霾指数预报和灰霾天气的首先，应建立灰霾指数预报和灰霾天气的预警机制。预警机制。开展气溶胶光学厚度的监测；设水平能见度观测站和垂直能见度观测站 ；开展大气边界层探测 。 一旦监测到某区域有气流停滞区时，该地区的工业气体排放都将受到控制，而当大气条件好、空气扩散能力强时，则可充分排放。 应对措施 其次，应采取严厉措施限制机动车尾气排其次，应采取严厉措施限制机动车尾气排放和工业气体排放，以消除或减轻灰霾对放和工业气体排放，以消除或减轻灰霾对城市的危害。城市的危害。 汽车限号。93号汽油变92，硫含量指标限值由每千克50毫克降低为每千克10毫克，锰含量指标限值由每升0.006克降低为每升0.002克。 应对措施 最后，在城市规划中，要注意研究城区上最后，在城市规划中，要注意研究城区上升升气流气流到郊区下沉的距离到郊区下沉的距离 将污染严重的工业企业布局在下沉距离之外，避免这些工厂排出的污染物从近地面流向城区； 还应将卫星城建在城市热岛环流之外，以避免相互污染。 要充分考虑大气的扩散条件，预留空气通道。 增加城市绿地，让城市绿地发挥吸烟除尘、过滤空气及美化环境等环境效益 应对措施 重点控制工业和燃煤重点控制工业和燃煤煤煤重点在于燃烧过程的