广州灰霾期间大气颗粒物粒径分布

PM2.5，是指直径小于、等于2.5微米(不到人的头发丝粗细的1/20)的颗粒物，也称为可吸入肺颗粒物。

按照我国《环境空气质量标准》的规定，每天监测和发布的主要有三项空气污染物指标：可吸入颗粒物、二氧化氮和二氧化硫。

这些指标的指数在0～50时为优，51～1 00时为良，100以上为污染。

标准规定监测的“可吸入颗粒物”是指直径小于10微米的颗粒物，但不包括“个头更小”的、小于2 .5微米的颗粒物(简称“细颗粒物”，又称P M2.5)。

在上述三项污染指标中，可吸入颗粒物在空气污染中的比率最大，而细颗粒物又在可吸入颗粒物中占70%～80%。

据环保部称，目前，我国城市大气环境质量较差，与世界卫生组织环境空气质量指导值有一定差距。

有专家称，已经有科学数据证明，PM2.5与肺癌、哮喘等疾病发生密切相关。

而PM2.5正是形成灰霾天气的元凶。

当大量细颗粒物浮游在空中，大气能见度就会变小，天空看起来灰蒙蒙的，气象学把这一现象叫做“灰霾天”。

而造成这种灰霾天的罪魁祸首就是细颗粒物。

国际通行的衡量空气污染的标准是测量每立方米空气中所含的悬浮微细粒子，世界卫生组织的标准是20微克。

但中国只有1%的城市居民生活在40微克的标准以下，而有58%的城市居民生活在100微克标准以上的空气中。

什么是PM2.5？PM，英文全称为particulate matter(颗粒物)。

PM2.5是指大气中直径小于或等于2. 5微米的颗粒物，也称为可入肺颗粒物。

它的直径还不到人头发丝粗细的1/20。

虽然PM2.5只是地球大气成分中含量很少的组分，但它对空气质量和能见度等有重要的影响。

与较粗的大气颗粒物相比，PM2.5粒径小，富含大量的有毒、有害物质且在大气中的停留时间长、输送距离远，因而对人体健康和大气环境质量的影响更大。

颗粒来自于哪里？PM2.5产生的主要来源，是日常发电、工业生产、汽车尾气排放等过程中经过燃烧而排放的残留物，大多含有重金属等有毒物质。

细颗粒物（PM2.5）的危害与治理摘要：细颗粒物又称细粒、细颗粒。

大气中粒径小于2μm（有时用小于2.5μm，即）的颗粒物（气溶胶）。

虽然细颗粒物只是地球大气成分中含量很少的组分，但它对PM2.5空气质量和能见度等有重要的影响。

细颗粒物粒径小，富含大量的有毒、有害物质且在大气中的停留时间长、输送距离远，因而对人体健康和大气环境质量的影响更大。

随着我国越来越多的城市空气质量亮起了红灯，人们越来越关注自己所生活环境的空气质量，本文将研究细颗粒物的危害与治理方法。

关键词：细颗粒物来源二氧化硫细菌标准1.细颗粒物概况1.1 简介在空气动力学和环境气象学中，颗粒物是按直径大小来分类的，粒径小于100微米，即可吸入颗粒物；粒径小的称为TSP，即总悬浮物颗粒；粒径小于10微米的称为PM10于2.5微米的称为PM，即细颗粒物，它的直径仅相当于人的头发丝粗细的1/20 。

被2 .5吸入人体后会进入支气管，干扰肺部的气体交换，引发包括哮喘、支气管炎和心血管病等方面的疾病。

这些颗粒还可以通过支气管和肺泡进入血液，其中的有害气体、重金属等溶解在血液中，对人体健康的伤害更大。

虽然细颗粒物只是地球大气成分中含量很少的组分，但它与较粗的大气颗粒物相比，粒径小，富含大量的有毒、有害物质且在大气中的停留时间长、输送距离远，因而对人体健康和大气环境质量影响更大。

1.2 构成细颗粒物的成分很复杂。

主要成分是元素碳、有机碳化合物、硫酸盐、硝酸盐、铵盐。

其它的常见的成分包括各种金属元素，既有钠、镁、钙、铝、铁等地壳中含量丰富的元素，也有铅、锌、砷、镉、铜等主要源自人类污染的重金属元素。

有研究人员测定了北京的细颗粒物来源：尘土占20%；由气态污染物转化而来的硫酸盐、硝酸盐、氨盐各占17%、10%、6%；烧煤产生7%；使用柴油、汽油而排放的废气贡献7%；农作物等生物质贡献6%；植物碎屑贡献1%。

有趣的是，吸烟也贡献了1%，不过这只是个粗略的科学估算，并不一定准确。

灰霾从哪里来？细菌也在作怪北京大学要茂盛教授课题组揭示空气中细菌或参与灰霾形成过程。

该项工作为研究灰霾形成机制与大气污染控制提供了全新的思路与视角，未来亟需研究细菌在多大程度上参与了灰霾的形成及其它大气污染过程。

空气污染已成为当代社会面临的严峻环境挑战之一。

据世界卫生组织最新报道，全世界约有70亿人暴露于不安全的空气，其中60万儿童死于污染空气引起的急性下呼吸道感染。

对于中国，情况更糟，如近年来多省频繁爆发的重度灰霾，中国承受着全球25%的空气污染疾病负担。

据国家大气污染防治攻关联合中心，颗粒物爆发增长的主要归因包括二次源、机动车源、生物质燃烧源、工业源和尘源等。

其中，二次源占比平均高达55%，而目前二次有机颗粒物的来源及产生机制等还没有厘清。

在以往的研究中，科学家主要从化学反应、物理过程、气象条件等方面研究灰霾的形成机制，没有关注空气中的细菌是否参与大气污染过程。

2016年，北京大学要茂盛教授课题组利用基于荧光的监测技术，发现不同地区空气中活性微生物的浓度存在着显著差别，其中北京浓度高达105个/m3。

此外，通过同样的技术也发现，北京灰霾天空气中活性微生物颗粒的浓度及其在总颗粒物中的占比随灰霾进程发生了重大变化。

为了进一步研究细菌和灰霾的关系，课题组研发并使用大流量采样器（1 m3/min）等，对北京空气中细菌的群落结构、浓度以及活性在不同程度灰霾天气中的变化情况进行了研究。

结果显示不同时间（每2小时或每4个小时）空气中细菌的群落结构发生巨大变化，在特定时间段，如凌晨（4点）或晚上（8 -12点），部分细菌如嗜冷杆菌（Psyobacter）和马赛菌（Massilia）在总细菌浓度中占比高达90%。

在整个污染进程中，嗜冷杆菌（Psyobacter），不动杆菌（Acinetobacter）与马赛菌（Massilia）作为空气中的主导细菌交替出现。

课题组进一步进行了分粒径采样，发现颗粒物浓度的快速增加主要发生在0.56-1微米粒径段，这和过去发生在美国洛杉矶烟雾的积聚模态趋势相似。

西安市大气颗粒物数浓度分布及典型天气条件特征变化刘立忠;么远;韩婧;李文韬;王宇翔【摘要】利用2013年3月到2014年12月期间西安市大气中0.25～32μn颗粒物监测数据和同期气象参数、散射消光系数等数据,分析了大气颗粒物数浓度分布及典型天气条件下变化特征.结果表明:采样期间西安市大气颗粒物平均数浓度为206.27个/cm3,99％以上为＜1μn的颗粒物数.大气颗粒物数浓度冬季最高,其次为秋、夏和春季,分别为267.66、231.31、141.82和135.77个/cm3.四季的数浓度低值均出现在18:00左右,之后数浓度上升,且晚上高于白天,冬季6:00左右达到峰值,夏季的昼夜差最小,秋季最大.春夏秋冬的大气颗粒物数浓度与散射消光系数的Pearson相关系数分别为0.756、0.702、0.411、0.377.大气颗粒物数浓度在沙尘天气发生前、中、后会升高、下降和再下降,霾天气出现前、后会升高和下降;高温干燥天气下,大气颗粒物数浓度相对较低;降雨对大气颗粒物的清除作用明显,但降雨后大气颗粒物数浓度又很快回升.【期刊名称】《中国环境科学》【年(卷),期】2015(035)012【总页数】7页(P3588-3594)【关键词】西安市;大气颗粒物;数浓度;典型天气;特征【作者】刘立忠;么远;韩婧;李文韬;王宇翔【作者单位】西安建筑科技大学环境与市政工程学院,陕西西安710055;西安建筑科技大学环境与市政工程学院,陕西西安710055;西安市环境监测站,陕西西安710054;西安市环境监测站,陕西西安710054;西安建筑科技大学环境与市政工程学院,陕西西安710055【正文语种】中文【中图分类】X513西安市是典型的北方内陆城市，其主要大气污染物以颗粒物为主.大气颗粒物的数浓度及粒径分布是大气气溶胶的重要性质，影响颗粒物在大气中的滞留时间、传输距离及理化特性等，在评估大气气溶胶的各类行为及其对人类、气候、生态等影响方面有重要的意义［1-3］.国内对大气颗粒物数浓度及粒径分布的研究还主要集中在长江三角洲［4-5］、珠江三角洲［6-7］以及京津冀［8-11］等经济发达地区，而对西北内陆城市的研究还相对较少，其中长时间高分辨率的观测研究更是有限.本研究采用德国EDM180型环境颗粒物/气溶胶粒径谱仪，于2013年3月到2014年12月期间，对西安市大气中0.25～32μm范围内的颗粒物进行高分辨率连续监测，以研究分析西安市大气颗粒物的数浓度变化规律及粒径分布特征，并对其在典型天气条件下的变化特征展开研究.1.1 采样点采样点位于西安市环境监测站大气环境质量综合实验室（超级站）楼顶，采样头距地面高约15m，距楼顶1.5m.超级站周边属于典型的城市环境特征，经过专家论证，该采样点位置及其监测数据具有代表性，能够较好的反映市民日常生活环境状态.观测期间同步记录西安市气象局网站公布的气象数据，并测量同期西安市大气颗粒物的消光系数.1.2 实验仪器1.2.1 采样仪器德国GRIMM气溶胶技术公司研制和生产的EDM180型环境颗粒物/气溶胶粒径谱仪，采用激光散射原理可同时获得环境大气中0.25～32μm范围内的31个粒径段的气溶胶数浓度，并可计算得到相应的质量浓度，各粒径段粒子直径起始值分别为0、0.25、0.28、0.30、0.35、0.40、0.45、0.50、0.58、0.65、0.70、0.80、1.0、1.3、1.6、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0、5.0、6.5、7.5、8.0、10.0、12.5、15.0、17.5、20.0、25.0、30.0、32.0μm.该仪器监测时间间隔为1min，采样流量为1.2L/min，激光光源波长685nm，所得数据根据环境空气质量标准（GB 3095—2012）［12］剔除整理数据，并且去除因为仪器故障等原因导致的明显无效数据，从而计算得到小时均值、日均值、月均值等.1.2.2 测量仪器采用Ecotech Aurora-1000浊度计测量环境大气中颗粒物的散射消光系数，散射角在10～70°之间，采样流量为5L/min，LED光源波长为525nm，所测得的数据与粒径谱仪所得数据做同样的处理.2.1 大气颗粒物数浓度及粒径分布特征由于较大粒径颗粒物数浓度比较低且监测所得数据量较大，所以将颗粒物分为≤0.3μm、0.3～1μm、1～2.5μm、2.5～10μm、＞10μm五个粒径段进行颗粒物数浓度的统计分析（表1）.随着颗粒物粒径的增大，数浓度明显减小，与其他几个粒径段的颗粒物数浓度相比，＞10μm的颗粒物数浓度可以忽略不计.采样期间西安市大气颗粒物的平均数浓度为206.27个/cm3，其中粒径≤0.3μm、0.3～1μm、1～2.5μm、2.5～10μm的颗粒物分别占84.57%、15.32%、0.08%、0.03%.由此可见，小于1μm的大气颗粒物数浓度占到了总体数浓度的99%以上. 2.2 大气颗粒物数浓度谱季节分布特征图1给出了西安市各个季节平均数浓度谱分布，根据气象划分法和西安当地的季节变化，这里仅以2013年12月、2014年1月和2月代表冬季，2014年3、4、5月代表春季，2014年6、 7、8月代表夏季，2014年9、10、11月代表秋季.统计同期气象数据发现西安市常年风速较小，平均风速小于2m/s，在这种风速条件下，扩散作用在影响大气颗粒物数浓度变化方面占据主导地位.由图1可以看出，随着超细颗粒物粒径的加大，颗粒物的数浓度快速降低，分布曲线呈现指数下降趋势，与超细颗粒物相比，粗颗粒物数浓度比较稳定，四季变化不明显.对研究期间所得数据按照上述季度划分统计得到，西安冬季颗粒物数浓度最高，平均为267.66个/cm3，其次为秋季（231.31个/cm3）、夏季（141.82个/cm3）、春季（135.77个/cm3），尤其以粒径0.3μm以下的颗粒物表现最为显著.这与冬季采暖有直接关系，大量燃煤导致颗粒物的排放量加大，同时冬季气温较低，大气较稳定，对颗粒物的垂直扩散和稀释非常不利［5，13］.夏季与春季颗粒物数浓度相差不大，夏天略高.西安颗粒物数浓度变化特点为秋冬高、春夏低. 超细颗粒物体积非常小，在质量浓度中所占比例较低，导致数浓度与质量浓度之间相关性差［14］.相对较粗的颗粒物的数浓度较低，这与环保措施不断落实、环境质量管控越来越严格、除尘设备越来越精良等因素密切相关.虽然这部分颗粒物的数浓度不高，但是在质量浓度中占的比例却较大（图2），其中2.5～10μm的颗粒物在质量浓度中贡献最大，仍然需要严加控制.同时，应积极探索针对超细颗粒物的合理有效的控制措施.2.3 大气颗粒物数浓度昼夜变化图3为西安市四季大气颗粒物数浓度小时均值昼夜变化曲线.由图3可知，四季大气颗粒物数浓度都是晚上高于白天，其中夏季的昼夜差最小，秋季最大.冬季夜间逆温现象最为明显，不利于污染物扩散，使得颗粒物数浓度显著上升，6:00左右达到峰值，而后气温逐渐回升，逆温层逐渐消退，大气扩散能力增强，使得颗粒物数浓度慢慢下降，9:00左右出现一个相对低值，之后数浓度有所上升，这可能主要是人类活动的影响.四个季节的低值都出现在18:00左右， 18:00以后是交通的高峰期，交通源的贡献加大，大气也开始趋于稳定，使得颗粒物数浓度逐渐升高.2.4 大气颗粒物数浓度与散射消光系数的相关性分析运用spss 19.0软件采用Pearson相关系数对大气颗粒物数浓度与散射消光系数的相关性进行分析.分析结果见表2，采样期间散射消光系数与大气颗粒物数浓度之间的Pearson相关系数为0.469，在0.01水平上显著相关，表明两者之间为中等程度相关，且散射消光系数与大气颗粒物数浓度之间为正相关.同时散射消光系数与能见度关系密切，散射消光系数越高，能见度越低，说明大气颗粒物数浓度对能见度造成直接影响，且与能见度成负相关.春夏秋冬四个季节大气颗粒物数浓度与散射消光系数的Pearson相关系数分别为0.756、0.702、0.411、0.377，均通过了显著性水平为0.01的检验，可以看出春夏两季颗粒物数浓度与散射消光系数正相关关系最为明显，表现出了强相关性，而秋冬两季颗粒物数浓度与散射消光系数也表现出了中等程度正相关性和弱正相关性，说明四个季节大气颗粒物数浓度与散射消光系数有很好的相关性，春夏两季大气颗粒物数浓度对散射消光系数有很大的贡献，而秋冬两季影响散射消光系数的因素更多、更为复杂.这可能与西安市各季节排污情况以及大气气溶胶成分有关，其中主要成分碳气溶胶及水溶性无机离子的季节变化刚好与此相符合［15-16］.2.5 典型天气条件下大气颗粒物数浓度的变化特征选取沙尘天气、灰霾天气、高温干燥天气及阴雨天气4种典型天气，分析其数浓度日变化特征，见图4.2.5.1 沙尘天气条件下大气颗粒物数浓度的变化特征 2013年4月18日6:00～20:00之间出现沙尘天气，当日大气颗粒物数浓度日变化如图4（a）所示.沙尘天气出现前，大气颗粒物数浓度有所升高，而沙尘发生时，大气颗粒物数浓度反而会下降，随着沙尘天气的减弱直到结束，大气颗粒物数浓度还会进一步下降.沙尘天气出现前，颗粒物数浓度升高，可能与沙尘传输以及不利于污染物扩散的气象因素等有关.在沙尘天气期间，较强的风吹散了西安市本地污染物，而外来的沙尘气团含有较少的细颗粒物，同时大气粗颗粒物数浓度明显升高，且随着粗粒子增多，对细粒子的吸附作用也更明显，细粒子浓度相应降低，总体表现为大气颗粒物数浓度的下降［17］.在沙尘过后，粗、细颗粒物经过了一系列吸附、转化、沉降等过程，其数浓度较沙尘前有所下降［18］.2.5.2 灰霾天气条件下大气颗粒物数浓度的变化特征 2013年12月17日为灰霾天气，当天颗粒物数浓度为410.64个/cm3，是当月均值251.58个/cm3的1.63倍.10:00前主要为雾，10:00开始逐渐转变为霾，霾出现时颗粒物数浓度明显升高，直到17:00霾已经逐渐消散，随着霾天气的结束，大气颗粒物数浓度开始下降［图4（b）］.夜间颗粒物数浓度又有上升的趋势，主要可能由于逆温现象的发生，大气低空出现逆温层，不利于污染物的扩散.逆温现象的发生也是霾出现的一个重要原因，预示着第二天仍有可能出现灰霾天气，这与18日实际出现的灰霾天气状况相符.2.5.3 干燥高温天气条件下大气颗粒物数浓度的变化特征 2014年6月10日属于干燥高温天气，全天平均气温为28.5℃，平均湿度仅为25%.由图4（c）可以看出，高温干燥天气时大气颗粒物数浓度相对较低.这种天气下太阳辐射强，混合层出现得早、消失得慢，并且混合层高度较高，非常有利于污染物的扩散，使大气颗粒物数浓度较低.同时由于占大气颗粒物数浓度99%以上的粒径1μm以下的颗粒物几乎不受重力的沉降作用，在大气中滞留时间长，很难去除，数浓度变化不大.午后时分，温度进一步升高，湿度持续降低，颗粒物数浓度有所降低，这是气温、湿度等多因素共同影响的结果.温度较高时，大气垂直对流作用加剧，有利于大气扩散，因而一般与污染物浓度呈负相关［5］.在相对湿度低于一定值时，颗粒物数浓度与相对湿度成正相关［19］.这与本研究观测到的结果一致（表2）.2.5.4 阴雨天气条件下大气颗粒物数浓度的变化特征 2014年10月2日有小到中雨，降雨主要出现在0:00～10:00之间.由统计数据及图4（d）显示，降雨期间颗粒物数浓度相对较低，与降雨前相比，降雨时大气颗粒物数浓度降低了38.7%，说明降雨对大气颗粒物的清除作用明显.降雨过程对粗粒子和细粒子都有去除作用，对细粒子的去除作用尤为明显.而降雨对粗细粒子的清除机制不同，粒径为0.5～1.0μm的细颗粒是由于其布朗运动和雨滴的相互碰撞而清除，而粗粒子的清除则是由于惯性沉降到雨滴表面而被清除［20］.与降雨前相比，降雨后大气颗粒物数浓度只降低了15.7%，这说明降雨后大气颗粒物数浓度又很快回升.胡敏等［21］研究了北京市2004年7～8月降水过程对大气颗粒物谱分布的影响，得出降雨过程使大气中的背景气溶胶浓度降低，降雨过后的晴朗干洁天气和强太阳辐射有利于新粒子（3～20nm）生成，新生成的颗粒物很快长大到50～100nm，此后污染不断加深的结论，可以对本次研究中观测到的现象做出一定程度上的解释说明.2.5.5 沙尘天气、灰霾天气、干燥高温天气、阴雨天气条件下颗粒物数浓度与散射消光系数的相关性沙尘天气和灰霾天气下大气颗粒物数浓度与散射消光系数没有通过0.05水平上的显著性检验，而干燥高温天气和阴雨天气下大气颗粒物数浓度与散射消光系数均通过0.01水平上的显著性检验，并且均为强正相关，说明重污染天气下散射消光系数的影响因素较多，而相对洁净的天气下大气颗粒物数浓度对散射消光系数的贡献较大.这可能是由于外来气团携带或者本地污染源新产出的大气污染物大量排放以及二次污染物的形成，导致西安市大气组分更加复杂所引起的.3.1 西安市大气颗粒物采样期间的平均数浓度为206.27个/cm3，其中粒径≤0.3μm、0.3～1μm、1～2.5μm、2.5～10μm的颗粒物分别占84.57%、15.32%、0.08%、0.03%，小于1μm的大气颗粒物数浓度占到了总体数浓度的99%以上.3.2 西安冬季大气颗粒物数浓度最高，平均为267.66个/cm3，其次为秋季（231.31个/cm3）、夏季（141.82个/cm3）、春季（135.77个/cm3），尤其以粒径0.3μm以下的颗粒物表现最为显著.超细颗粒物在质量浓度中所占比例较低，而相对较粗的颗粒物的数浓度较低，在质量浓度中占的比例却较大，应积极探索针对超细颗粒物的合理有效的控制措施.3.3 西安市大气颗粒物数浓度晚上高于白天，夏季的昼夜差最小，秋季最大，冬季夜间逆温现象最为明显.冬季6:00左右达到峰值，9:00左右出现一个相对低值，之后数浓度有所上升.四个季节的低值都出现在18:00左右，交通源的贡献加大，大气也开始趋于稳定，使得颗粒物数浓度升高.3.4 春夏秋冬四个季节大气颗粒物数浓度与散射消光系数的Pearson相关系数分别为0.756、0.702、0.411、0.377，春夏季大气颗粒物数浓度对散射消光系数贡献较大，而秋冬季散射消光系数的影响因子更多.重污染天气时影响散射消光系数的因素更复杂，而相对洁净的天气下大气颗粒物数浓度与散射消光系数相关性较好，为强正相关.3.5 沙尘天气出现前，大气颗粒物数浓度会升高，沙尘发生时，反而会下降，沙尘过后，大气颗粒物数浓度较沙尘出现前要低；霾出现时大气颗粒物数浓度会升高，随着霾天气的结束，大气颗粒物数浓度会下降；高温干燥天气下，大气颗粒物数浓度相对较低，这种天气有利于污染物的扩散；降雨对大气颗粒物的清除作用明显，然而降雨后大气颗粒物数浓度又很快回升，不过与降雨前相比，还是有一定程度的降低.Boucher O， Anderson T L. 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灰霾产生的气象条件分析三篇篇一：灰霾产生的气象条件分析改革开放以来，由于经济规模迅速扩大和城市化进程加快，大气气溶胶污染日趋严重，由气溶胶污染造成的能见度恶化事件越来越多，我国部分地区灰霾天气迅速增加。

作为一种灾害性天气，由灰霾引发的环境效应问题和气候效应问题，引起了科学界、政府部门和社会公众的关注。

那么，什么是灰霾？灰霾的主要成分是什么？我们所熟知的风、温、压、湿等气象因子在灰霾形成过程中又扮演了什么样的角色呢？“灰霾”一词的科学定义最早出现于20XX年12月15日在XX召开的“我国区域大气灰霾形成机制及其气候影响和预报预测研讨会”上，由中国气象科学研究院的青年科学家依据国外文献中的“Gray Haze”直译为“灰霾”，用来描述由人类活动增加导致的城市区域近地层大气的气溶胶污染导致能见度恶化现象。

在中国气象局《地面气象观测规范》中对“灰霾”有如下定义：“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公里的空气普遍混浊现象，使远处光亮物体微带黄、红色，使黑暗物体微带蓝色。

”而20XX年颁布的《中华人民共和国气象行业标准》则给出了更为技术性的判识条件：“当能见度小于10公里，排除了降水、沙尘暴、扬沙、浮尘等天气现象造成的视程障碍，且空气相对湿度小于80%时，即可判识为霾。

”由此可知，灰霾的核心物质是大气中悬浮的气溶胶颗粒。

正是由于颗粒物的散射、吸收带来的消光作用，降低了空气能见度，给人造成“雾蒙蒙”之感。

颗粒物即总悬浮颗粒物（TSP），按照大小可以分为巨粒子（如降水粒子、云雾粒子、沙尘）、粗粒子（如海盐、土壤尘、火山灰）、细粒子（如硫酸盐、硝酸盐、有机物等）、超细粒子（如碳颗粒）等，其中容易造成灰霾天气的主要是细粒子。

细粒子也称为PM2.5，是指环境空气中空气动力学当量直径≤2.5微米的颗粒物，研究表明，我国城市中大量的PM2.5直接或间接地来源于燃烧过程。

我们知道，排入大气中的污染物主要来源于自然排放和人类活动的排放，在一段时期内，无论是自然排放、还是人类活动排放的气溶胶粒子的总量是大致稳定的，那为什么有时出现严重的灰霾天气，有时又是蓝天白云呢？决定性的控制因素就是气象条件。

qhchen@PM2.5的来源、现状、危害及防控措施沈惠，陈前火*（福建师范大学环境科学与工程学院, 福建省污染控制与资源循环循环利用重点实验室，福州350007）摘要：近年来，雾霾成为百姓生活的一个焦点问题，而导致雾霾天气形成的罪魁祸首就是PM2.5。

本文对PM2.5的化学组成来源现状监测技术以及对环境及人体健康的危害等进行概述，并根据、、、PM2.5的来源特征提出相应的控制措施，为后续的深入研究提供理论参考，同时，加深公众对大气PM2.5的认识。

关键词：PM2.5；来源；监测技术；危害；防控措施On the Sources, Status Quo, Hazard and Control measuresof PM2.5Shen Hui, Chen Qianhuo(Fujian Key Laboratory of Pollution Control & Resource Recycling, College of Environmental Science and Engineering, Fujian Normal University, Fuzhou 350007, China)Abstract：In recent years, haze become a focus of people's lives, which led to the formation of fog andhaze culprit is PM2.5. The chemical composition sources, status, monitoring technology of PM2.5 and the influence on environment and human health was summarized. According to the source characteristics of PM2.5, the corresponding control measures have been proposed. This paper provides theoretical reference for subsequent research, at the same time, to deepen the public understanding of PM2.5.Keywords：PM2.5; Sources; Monitoring techniques; Hazard; Prevention and control measures.1 引言随着经济的快速发展，以及人们生活水平的提高，环境空气质量问题越发受到人们的重视。

（一）PM2.5，你关注了吗？①伴随着今年入秋以来全国大范围的灰霾天气和《环境空气质量标准》二次公开征求意见，PM2.5这一原本陌生的名词，开始进入公众的视野。

②PM 是颗粒物（particulatematter）的英文缩写，又称尘，指大气中的固体或颗粒状物质。

据专家解释，颗粒物按空气动力学当量直径来分主要可分成总悬浮颗粒（TSP）、 PM10、PM2.5三类。

PM2.5是指空气中直径小于等于2.5微米的可吸入颗粒物，也称为细颗粒物或可入肺颗粒物。

与较粗的大气颗粒物相比，PM2.5粒径小，大约是一根头发丝的1/20。

③虽然PM2.5只是地球大气中含量很少的组成成分，但它对空气质量和能见度等有重要的影响。

与较粗的大气颗粒物相比，PM2.5粒径小，富含大量的有毒、有害物质且在大气中的停留时间长、输送距离远，因而对人体健康和大气环境质量的影响更大。

气象专家和医学专家认为，粒径10微米以上的颗粒物，会被挡在人的鼻子外面；粒径在2.5微米至10微米之间的颗粒物，能够进入上呼吸道，但部分可通过痰液等排出体外，也可能被鼻腔内部的绒毛阻挡，对人体健康危害相对较小；而粒径在2.5微米以下的细颗粒物(P M2.5)，不易被阻挡，当人体吸入之后，PM2.5可能抵达细支气管壁，并干扰肺内的气体交换，引发包括哮喘、支气管炎和心血管病等方面的疾病。

PM2.5还可成为病毒和细菌的载体，为呼吸道传染病的传播推波助澜。

世界卫生组织发布的报告显示，高污染城市中的死亡率超出相对清洁城市的15%至20%。

据统计，在欧洲，PM 2.5每年导致386000人死亡，并使欧盟国家人均期望寿命减少8.6个月。

④一般而言，PM2.5主要来自化石燃料的燃烧（如机动车尾气、燃煤）、挥发性有机物等。

机动车尾气污染已经成为城市空气污染的主要来源。

机动车一般排放20多种有害化学物质，包括碳氢化合物、一氧化碳、氮氧化物、碳粒，也包括PM2.5。

其中碳氢化合物、一氧化碳、氮氧化物、细颗粒物PM2.5毒性最大。

中国科学: 化学 2010年第40卷第12期: 1731 ~ 1740 SCIENTIA SINICA Chimica 《中国科学》杂志社SCIENCE CHINA PRESS评述大气复合污染及灰霾形成中非均相化学过程的作用朱彤*, 尚静, 赵德峰环境模拟与污染控制国家重点实验室; 北京大学环境科学与工程学院, 北京 100871*通讯作者, Email: tzhu@收稿日期: 2010-09-10; 接受日期: 2010-09-24摘要城市和区域大气复合污染的特征为污染源排放的一次污染物通过大气中的化学反应生成高浓度的氧化剂(臭氧等)及细颗粒物等二次污染物, 它们在静稳天气下积累, 导致低能见度的灰霾现象并严重影响人体健康和气候. 大气复合污染中同时存在高浓度的一次排放和二次转化的气态及颗粒污染物, 这为细颗粒表面非均相反应提供了充足的反应物; 而气态污染物在细颗粒表面的非均相反应可改变大气氧化性及颗粒物的化学组分、物化性质和光学性质, 从而可能对大气复合污染和灰霾的形成起到促进的作用. 利用漫反射红外傅里叶变换光谱和单颗粒显微拉曼原位在线技术, 我们对大气气态污染物NO2、SO2、O3、甲醛在CaCO3、高岭石、蒙脱石、NaCl、海盐、Al2O3和TiO2等大气主要颗粒物表面的反应进行了系统的反应动力学和机制研究, 我们发现反应主要产物为硫酸盐、硝酸盐或甲酸盐, 它们可极大改变颗粒物吸湿性和消光性质. 通过分析这些非均相反应的动力学过程, 我们识别出NO2-颗粒物-H2O、SO2-颗粒物-O3、有机物/SO2-颗粒物-光照等三元反应体系的协同作用机制, 这些协同机制对于阐明大气复合污染及灰霾形成的反馈机制和非线性过程提供了实验证据和理论依据. 关键词细颗粒物二次污染物氧化性三元反应非线性过程1 引言我国快速的经济发展和城市化导致大量的污染物集中排放到大气中, 使得多种污染物均以高浓度同时存在, 进而发生复杂的相互作用, 形成大气复合污染和灰霾现象. 大气复合污染在现象上表现为大气氧化性增强、大气能见度显著下降和环境恶化趋势向整个区域蔓延; 在污染本质上表现为污染物之间源和汇的相互交错、污染转化过程的耦合作用和环境影响的协同效应[1~4]. 北京和珠江三角洲的观测表明这些地区同时存在高浓度的细颗粒物和气态污染物, 特别是氧化剂[3~9], 并呈现出典型的大气复合污染特征, 显示大气复合污染在我国主要经济发达地区变得日益严重.定量确定区域大气氧化能力、阐明高浓度细粒子条件下光化学氧化剂的形成机制和动力学过程及其变化规律是研究区域大气复合污染形成机制的关键[2]. 针对大气复合污染的形成机制已有许多外场观测和模型模拟研究, 但基于实验室针对化学反应过程的研究还很有限, 这在一定程度上制约了大气复合污染形成机制的基础理论研究.大气化学的三种手段(实验室研究、外场观测和数值模拟)的研究都表明非均相反应在大气化学反应中的重要性, 在对流层气态污染物的转化及二次气溶胶的形成中起核心作用[10~13]. 非均相反应可以改变颗粒物的化学组成和表面特性, 如颗粒物的吸湿朱彤等: 大气复合污染及灰霾形成中非均相化学过程的作用1732性、毒性和光学性质[14~19], 从而对人体健康、生态和气候系统有着显著的影响. 通过实验室的反应动力学研究, 在分子水平上解析和理解非均相反应的动力学和机理[20], 可以确定决定大气复合污染形成机制的主要动力学机理和参数, 识别多种反应条件下的协同作用, 可为深入阐明大气复合污染的非线性特征、基于数值模拟进行控制决策研究提供关键参数. 鉴于非均相反应在大气复合污染形成、气溶胶的辐射强迫等方面的重要作用, 对大气化学过程的精确模拟、空气污染的控制以及气溶胶辐射强迫的评价都需要深入了解和认识大气非均相反应.与气态的均相反应相比, 目前对于大气颗粒物表面的非均相化学的研究还很初步, 特别是在分子水平上阐明固体表面结构在反应中作用的研究还很有限. 在实际大气中, 水汽的存在决定了非均相反应还可能有气-液-固三相共存的反应机理, 除了化学反应, 还存在气-液、气-固的传质等物理过程, 这增加了非均相反应动力学和机理研究的难度. 本实验室为此建立起颗粒物表面非均相反应综合研究方法, 在此基础上, 研究了多种大气非均相反应过程, 识别出大气中三元反应的协同机制, 以这些反应为例探讨了非均相反应过程在大气复合污染及灰霾形成中的作用.2 研究方法大气非均相化学反应研究针对的是微米和纳米尺度颗粒表面气-固-液界面反应体系. 其中固态颗粒物的体相和表面化学组成和结构决定参与反应的活性位点, 进而影响反应的过程和速率. 为在保证反应可重复性的基础上深入研究表面性质对反应的影响, 需要对颗粒物表面物理化学性质进行全面的表征. 此外, 非均相反应过程中, 体系往往不均匀、而且常处于非平衡态甚至远离平衡态[2], 因此利用在线仪器进行反应动力学的原位在线观测和分析就十分必要. 本实验室为此建立了颗粒物表面非均相反应综合研究方法, 包括反应动力学过程的检测和颗粒物表面物理化学性质的表征, 图1列出了所采用的仪器及实验的目的. 在颗粒物的表征方面, 使用X 射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、激光粒度仪(LPS)、差热-热重联用仪(SDT)和比表面积分析仪(SAA)表征颗粒物的晶格结构、形貌变化、热性质、粒径分布和图1 综合研究方法示意图BET 表面积等物理化学参数; 在非均相反应过程方面, 使用漫反射红外傅里叶变换光谱(DRIFTS)流动反应体系、显微拉曼光谱(microscopic Raman)单颗粒流动反应体系连续在线分析反应产物. 建立起DRIFTS 流动反应体系的样品无损伤转移方法, 可将反应后的样品转移并用X 射线光电子能谱(XPS)、离子色谱(IC)、SEM 等分析颗粒物表面和体相产物、形貌结构和吸湿性等, 以与原位在线分析测量的反应产物相互验证. 最后, 在综合分析反应过程和颗粒物物化表征的基础上, 探讨非均相反应的机理和影响因素.在反应动力学的原位在线观测方面, 本小组利用DRIFTS 流动反应体系(图2), 通过优化制样方图2 DRIFTS 原位反应器及颗粒物样品池联用系统. MFC, 质量流量控制仪中国科学: 化学 2010年 第40卷 第12期1733法[21], 测量重要的气固非均相化学反应动力学参数, 并对反应产物进行定性、定量分析, 推导和验证反应机理[22~24]; 为研究液态水存在下气-液-固的非均相和多相反应, 本实验室基于显微拉曼建立了研究单颗粒上多相反应的流动体系(图3)[25], 并将该体系进一步用于颗粒物的吸湿性研究[26].3 主要反应过程利用建立的大气气态污染物与颗粒物表面非均相化学反应的综合实验系统, 本实验室系统研究了NO 2、SO 2、O 3、甲醛与大气颗粒物一些主要组分(CaCO 3、高岭石、蒙脱石、NaCl 、海盐、Al 2O 3和TiO 2)的非均相反应. 获得了反应级数和摄取系数等动力学参数, 探讨了反应机理, 建立了非均相反应动力学模型. 基于这些研究结果, 对非均相反应中三元反应体系(污染气体-颗粒物-H 2O/氧化剂/光照)的协同效应进行了探讨.3.1 NO 2-颗粒物-H 2O 反应体系本实验室用DRIFTS 原位反应器结合IC 、XPS 、SEM 开展了干态和湿态(多种相对湿度RH)下NO 2与矿物(CaCO 3、高岭石、蒙脱石)颗粒物的非均相反应, 结果表明NO 2在干态颗粒表面的反应很慢, 对大气化学的影响可能不大. 而在水的存在下, NO 2在吸湿性很弱的矿物颗粒物表面反应明显加快, 反应产物(硝酸盐)导致颗粒物吸湿性增强, 表明NO 2-颗粒物-H 2O 构成的三元反应存在明显的协同效应.我们的研究表明, 湿度不仅影响NO 2在矿物颗粒物表面的反应摄取系数、反应级数等动力学参数, 而且影响反应机理. 如图4所示, 在干态下, CaCO 3图3 显微拉曼光谱仪和颗粒物多相反应池联用体系示意图图4 在干态(a)和湿态下(b)NO 2在CaCO 3颗粒物表面的非均相反应机理示意图(经同意复制自文献[29])表面的空穴氧离解表面水形成稳定的表面−OH 基团, 由此决定反应进行; 在表面−OH 消耗完之前, 反应级数为2级; 之后, CaCO 3体相参与反应, 随着生成更多的表面−OH, 反应级数变为0级. 根据实验结果推论反应过程为: 随着RH 的升高, 水逐渐在颗粒物表面凝聚, 在高RH 下(本研究中>52%RH), NO 2与水发生歧化反应, 生成硝酸和HONO, 反应级数为1级. 该反应增加了CaCO 3颗粒物的吸湿性, 导致在一定RH 下CaCO 3颗粒物的形貌结构发生改变. 即使在较低的相对湿度下(~20% RH), NO 2与CaCO 3颗粒物的反应并不局限在表面, 而是不可逆地持续进行直到CaCO 3全部消耗生成Ca(NO 3)2液滴. Laskin 等在HNO 3与CaCO 3的反应中也观察到这个现象[27]. 在大气中, 经历这个过程的CaCO 3颗粒部分或全部转化为Ca(NO 3)2, 可有效地吸收水并改变其形状和大小, 由此改变CaCO 3颗粒物的光散射和光吸收性质. 此外, CaCO 3与Ca(NO 3)2的内混合颗粒可增加大气中有效的云凝结核(CCN).HONO 的光解是大气OH 自由基的重要来源, 而大气中HONO 的来源还很不清楚. 1998年在Nature 上发表的一篇文章显示NO 2在大气烟炱颗粒物上的反应可生成HONO [28]. 我们的研究表明, NO 2在CaCO 3颗粒物表面非均相反应可生成亚硝酸根朱彤等: 大气复合污染及灰霾形成中非均相化学过程的作用1734NO 2−[29]. 由于NO 2在CaCO 3表面反应生成Ca(NO 3)2, 使颗粒物碱性随着反应下降, 直至呈酸性, 而NO 2−可在酸性条件下以HONO 挥发进入气相, 从而可能成为大气中HONO 的一种重要来源. 这一推测有待测量气态中HONO 进一步确认.高岭石和蒙脱石分别是1:1和2:1型层状硅铝酸盐的典型结构, 研究它们的非均相反应对理解黏土类矿物的非均相反应具有重要的意义. 我们对NO 2在高岭石和蒙脱石表面非均相反应机理的研究表明: (1) NO 2在高岭石表面发生岐化反应生成硝酸和亚硝酸; (2) 湿度对非均相反应产生重要的影响, 在干态下NO 2在高岭石表面的非均相反应为二级反应, 湿态下为一级反应; (3) 相对湿度的增加会导致NO 2在高岭石表面的摄取速率减慢, 但能够增加反应持续能力; (4) NO 2在蒙脱石表面的非均相反应为一级反应, NO 2 吸附到颗粒物表面后通过岐化反应生成硝酸和HONO; (5) 反应摄取系数与NO 2浓度无关, 但与相对湿度有关; 干态下NO 2在钠基和钙基蒙脱石表面的反应摄取系数分别为(1.14 ± 0.28)×10−8和(7.49 ± 2.28)×10−7; (6)干态下在钠基蒙脱石表面的非均相反应只能发生在颗粒物表面, 不能发生在层间; 而由于Ca 2+离子与NO 3−有较强的结合能力, 层间也成为与钙基蒙脱石非均相反应的场所; (7)湿度的增加会导致非均相反应速率的下降, 但是可以提高NO 2在蒙脱石表面反应的持续性[30].为了深入理解沿海大城市大气环境中NO 2和海盐颗粒物的非均相反应规律, 我们研究了0%和20%相对湿度下NO 2在海盐颗粒物表面的非均相反应. 动力学测量表明硝酸盐的生成对NO 2是二级反应, 在0%和20% RH 条件下, 反应增长阶段反应摄取系数分别为(5.51 ± 0.19)×10−7和1.26×10−6. 结果还显示30% RH 以下, 海盐表面MgCl 2·6H 2O 、CaCl 2·2H 2O 所在点位通过释放结合水和吸附水在海盐表面形成液态水的斑点, 增强了反应持续能力. 因此氯化钠表面非均相反应的研究会低估海盐颗粒物的非均相反应活性[31].以上的结果显示, 水的存在不仅会影响NO 2在颗粒物表面的非均相反应摄取系数, 也会改变反应机理和反应产物. 反应产物还会极大地改变颗粒物的光学活性、吸湿性和CCN 活性, 进而对大气能见度和气溶胶的气候效应产生重要影响[32]; 生成的HONO 可光解形成羟基自由基(·OH), 从而影响大气氧化能力; 此外, 反应生成的硝酸盐也可能作为营养盐而影响陆地和海洋生态系统. NO 2在颗粒物表面的非均相反应及其对气候、环境的作用见图5.3.2 SO 2-颗粒物-O 3反应体系SO 2与气态O 3反应生成SO 3, 该反应在实际大气中较慢而对硫酸盐颗粒生成的贡献不大. 我们实验室研究发现, SO 2在颗粒物表面吸附生成的亚硫酸盐可被臭氧(O 3)快速氧化为硫酸盐[33, 34].SO 2在CaCO 3表面臭氧氧化成硫酸盐经历了两个过程, 如图6所示: (1) SO 2在CaCO 3表面吸附, 生成亚硫酸盐; (2) 亚硫酸盐被O 3氧化成硫酸盐[33, 34]. 反应对SO 2为一级反应, 在实验浓度范围内对O 3为零级反应. 体系中SO 2和O 3的均相反应可以忽略, SO 2的吸附是限速步骤. 当RH 为40%时, SO 2的稳态反应摄取系数与SO 2和O 3浓度无关. 但SO 2的稳态反应摄取系数随着相对湿度的增加而增加. 随着反应的进行, CaCO 3颗粒表面的吸附水不断增加, 说明颗粒物的吸湿性随着反应的进行不断增加, 而水汽可以促进氧化反应速率, 表明吸附水对反应有重要作用.SO 2在NaCl 颗粒物上臭氧氧化表现出不同的反图5 颗粒物表面NO 2的非均相反应及其作用图6 SO 2在CaCO 3表面被臭氧氧化形成硫酸盐(经同意复制自文献[34])中国科学: 化学 2010年 第40卷 第12期1735应机理[35]. 反应经历三个过程: (1) O 3在NaCl 表面反应生成氢氧根离子; (2) SO 2在碱性NaCl 表面吸附, 生成亚硫酸盐; (3) 亚硫酸盐被O 3氧化成硫酸盐. 反应对O 3为一级反应, 在实验浓度范围内对SO 2为零级反应. 其中, O 3的表面反应是限速步骤, 提出的机理和实验结果可以吻合.3.3 有机物/SO 2-颗粒物-紫外光照体系紫外光在一定条件下会促进有机物/SO 2在颗粒物表面的氧化反应, 而颗粒物的光催化特性使得这些气态污染物的氧化反应机理与其在气态中的反应有很大的差异.在没有光照的条件下, 甲醛在Al 2O 3上反应的主要产物是甲酸盐, 同时还存在二氧亚甲基和少量的多聚甲醛[36, 37]. 在TiO 2表面上的反应具有相似的产物[38], 甲酸盐是由中间产物二氧亚甲基进一步氧化生成的. 在颗粒物表面, 水分子和甲醛存在竞争吸附关系. 图7为不同浓度甲醛在TiO 2表面生成甲酸 盐的动力学曲线, 由此可计算出甲醛在TiO 2表面的反应级数为2级; 在Al 2O 3表面上的反应级数为1级. 研究还发现, 高温加热处理能增强颗粒物表面的氧化性, 在对流层的大气环境温度(温度范围约在200~330 K)下, Al 2O 3和TiO 2颗粒物对于甲醛气体分子的摄取速率随着温度上升而上升; 另外, 颗粒物粒径越小单位表面积内的活性位点越多, 表面Al 3+和活性氧是甲醛在Al 2O 3颗粒物表面非均相反应的重图7 不同浓度甲醛气体在TiO 2上反应生成的甲酸盐动力学曲线. 反应条件: 293 K, 定量区间: 1500~1600 cm −1. I 为初始反应阶段, II 为过渡阶段, III 为增长阶段(经同意复制自文献[38], 版权所有《中国科学》杂志社, 2010)要活性位点. 紫外光照能加快甲醛在光活性的TiO 2颗粒物上的反应, 而Al 2O 3颗粒却无紫外光催化活 性[36~38].SO 2在光活性的半导体氧化物TiO 2和ZnO 颗粒物表面反应的产物为亚硫酸盐和硫酸盐, 紫外光照和水汽对硫酸盐的生成具有协同促进效应. 图8显示了SO 2在TiO 2颗粒物表面的反应, 单独的水汽或紫外光照都对硫酸盐的生成有促进作用, 而紫外光照的作用更明显; 当水汽存在时, 紫外光照对反应的进行有非常显著的促进作用, 生成硫酸盐的量超过水汽和光照单独存在时的加和, 表明光照和水汽对反应具有协同促进效应. 在ZnO 反应体系中, 随着光照强度或相对湿度的增加, 观察到亚硫酸盐向硫酸盐转化的过程. 获得了SO 2在TiO 2和ZnO 颗粒物表面反应的反应级数和摄取系数, 紫外光照并有水汽存在时的摄取系数比干态无光照条件下提高了一个数量级. 在紫外光照下, 光活性的TiO 2和ZnO 颗粒物表面的光生电子和光生空穴分别与表面吸附的氧和水发生反应, 生成的活性氧物种(超氧阴离子(O 2−)和羟基自由基(·OH))可进一步氧化表面吸附的SO 2, 生成硫酸盐[39, 40].由有机物/SO 2在光活性的颗粒物表面的非均相反应研究结果可知, 紫外光照在一定相对湿度下提高了污染气体在颗粒物上的反应能力和反应的持续性, 由于实际大气环境中同时存在着紫外光照和一定相对湿度的水汽, 在光活性的半导体氧化物颗粒物表面的非均相反应有可能在大气化学过程中起着重要作用, 对此应予以重视.图8 干态无光(dry)、有水汽无光(RH = 40%)、干态下光照(UV)、有水汽且光照(RH = 40% & UV)四个体系下1300~ 1100 cm −1代表的硫酸盐K-M 积分面积随反应时间的变化(经同意复制自文献[40], 版权所有《中国科学》杂志社, 2010)朱彤等: 大气复合污染及灰霾形成中非均相化学过程的作用1736 综上所述, 我们对大气中的重要活性反应气体与代表性颗粒物的非均相化学反应进行了系统的研究, 从颗粒物表面反应动力学的微观尺度研究了大气复合污染机制, 识别出NO2-颗粒物-H2O、SO2-颗粒物-O3、有机物/SO2-颗粒物-光照等三元反应体系的协同机制, 这些结果对深入了解大气复合污染的微观过程和多元非线性过程具有重要意义.4 大气复合污染与灰霾形成的非均相反应过程基于对大气颗粒物表面非均相反应过程的认识, 我们提出了大气复合污染形成机制的理论雏形, 以初步阐述区域大气复合污染中大气二次污染物的生成与转化的耦合机制(图9).大气复合污染中, 颗粒物表面的非均相反应会改变其表面化学成分和大气气态成分. 而在非均相反应中, 颗粒物、单种活性污染气体、相对湿度、太阳辐射中的三种或以上因素的共同作用下反应过程和结果与只有两种因素存在时(如颗粒物与某种活性污染气体)有着显著不同,由此体现的协同效应对于阐明大气复合污染的非线性机制有着重要的作用. 此外, 大气非均相反应会促进还原性气体(NO x, SO2, HCHO)的氧化, 并可生成气体氧化剂, 从而增强大气氧化性. 例如在水气存在下, NO2与CaCO3的非均相反应以较快的速率生成HONO, 从而增加大气OH 自由基的生成. O3在CaCO3表面氧化SO2生成硫酸盐图9 大气复合污染中大气二次污染物的生成与转化的耦合机制颗粒, 而可能对SO2的氧化起到重要作用. HCHO在紫外光的作用下在Al2O3和TiO2表面的非均相摄取, 作为HCHO的一个汇, 影响HCHO的大气浓度和大气HO2自由基的浓度. 在SO2+TiO2、SO2+ZnO的反应中, 紫外光与水对反应起到协同的促进作用, 从而对SO2的氧化和大气硫酸盐的形成起到贡献. 同时, 反应改变了颗粒物的组成和吸湿性, 这也将对颗粒物与气体的进一步反应产生影响.大气非均相反应在改变大气气体组成的同时也改变了气溶胶的组成、消光和成核能力, 生成的硫酸盐和硝酸盐等增加了颗粒物的吸湿性, 使气溶胶粒径增大、消光效率增强, 从而降低大气能见度促进灰霾的形成.基于对大气非均相反应过程中协同作用的分析, 我们提出了大气复合污染与灰霾形成的概念模型, 如图10所示.SO2和NO2等一次排放的污染气体在大气颗粒物表面通过非均相反应转化生成硫酸盐和硝酸盐等二次气溶胶, 增加了颗粒物的粒径和质量浓度. 颗粒物的化学组成发生变化使得其吸湿性增强、单个颗粒物上吸收的水分增多, 如CaCO3与NO2的反应产物Ca(NO3)2在约10%RH下即可潮解[26], 使得颗粒物在大气RH下更容易吸收水, 从而显著增大其粒径与表面积浓度, 大大增加了颗粒物的消光能力. 水的增加可进一步促进SO2和NO2等在颗粒物表面的气-液-固反应, 促进颗粒物吸湿增大, 以上这些过程形成一个正反馈机制, 可不断促进一次排放的气态污染物向二次气溶胶的转化.图10 大气复合污染机理解释“城市灰霾”形成的概念模型中国科学: 化学 2010年 第40卷 第12期1737此外, NO 2在颗粒物表面反应生成HONO, 后者光解生成OH 自由基, 是大气OH 自由基的重要来源. OH 自由基通过与VOC/NO x 的多个链反应促进O 3的生成, 而VOC 与O 3及OH 自由基的反应可生成二次有机气溶胶(SOA). 颗粒物表面生成酸性的硫酸盐和甲酸盐可增加颗粒物的非均相成核能力, 更有利于SOA 的生成[41, 42], 进而增加大气细颗粒的浓度. 而大气细颗粒浓度的增加提高了大气中可发生非均相反应的面积, 从而形成一个颗粒物表面非均相反应增强大气氧化性、进而增加可发生非均相反应的颗粒表面积的正反馈, 促进大气一次污染向大气二次细颗粒物的快速转化.在大气复合污染中, 以上两种正反馈机制使得大气细颗粒浓度不断增高、颗粒物的消光不断增强. 在静稳天气下积累的大气颗粒物导致大气消光不断加大和空气能见度的快速下降, 从而形成灰霾的现象.大气相对湿度及其昼夜变化对气溶胶的吸湿性和消光性质具有重要的影响. 由于大气中存在着RH 的昼夜明显变化, 夜间RH 较高, 有利于颗粒物的潮解; 而白天RH 虽然较低, 但由于风化湿度一般低于其潮解湿度, 因此RH 仍可能因高于颗粒物的风化点, 使得其不风化而保持其较高的水含量和消光能力. 因此在RH 并不很高的情况下, 仍然容易发生灰霾. 在高RH 的天气条件下, 很多大气非均相反应加快, 产物有利于颗粒物的吸水和潮解, 对灰霾的形成更具有显著的促进作用.5 结论大气细颗粒物的化学成分和吸湿性决定其环境效应(辐射/气候、健康、生态)和表面非均相反应. 我们基于实验室的非均相反应动力学过程研究识别出NO 2-颗粒物-H 2O 、SO 2-颗粒物-O 3、有机物/SO 2-颗粒物-光照分别构成的三元体系具有协同作用, 这一结果表明实验室研究可以从分子水平阐明大气复合污染中二次污染物生成与转化的耦合机制和非线性过程.我们的研究发现大气颗粒物表面非均相反应在颗粒物表面生成一层吸湿性强的硫酸盐和硝酸盐, 它们对吸湿性的增强会加速非均相反应、增大颗粒物的消光系数, 这一正反馈机制在大气复合污染和灰霾形成及云凝结核的生成中可能起着重要的作用, 我们据此提出了大气复合污染与灰霾形成的概念模型.目前对于痕量气体和颗粒物的非均相反应的研究仍然比较初步, 还需要从以下几个角度深入研究:(1) 在接近于实际大气条件下开展非均相反应动力学的研究. 为此需要: (a)提高原位在线观测仪器的灵敏度, 降低反应浓度; (b)模拟实际大气颗粒物的存在形式, 开展单颗粒物与痕量气体的研究, 发展单颗粒物上非均相反应的定量方法、建立相应的反应模型; (c)在原位观测颗粒物表面信息的基础上, 建立相应的能够实时跟踪气体反应物和产物的检测手段; (d)模拟实际大气环境下污染物在颗粒物上的反应, 测定反应中的活性自由基, 以更深入地理解非均相反应机理.(2) 识别更多反应过程中的协同作用, 包括: (a)气态物质在有机气溶胶的液相或固相颗粒物表面以及在碳质气溶胶颗粒物表面进行的反应; (b)挥发性有机物在矿物颗粒物表面的非均相反应, 为二次有机气溶胶的非均相反应生成途径提供证据; (c)金属特别是过渡态和重金属对于非均相反应的催化作用; (d)环境因素如温度、湿度、光照、大气氧化剂等因素对非均相反应的影响.(3) 应用数值模型和外场观测资料, 评估非均相反应在实际大气环境中对大气复合污染的贡献, 定量评估非均相反应在大气实际环境中的重要性, 系统阐明大气复合污染及灰霾形成的非均相反应机制.致谢本工作得到国家自然科学基金(20637020, 40490265, 20077001), 国家重点基础研究发展规划(2002CB410802) 和环境模拟与污染控制国家重点联合实验室专项经费资助, 特此致谢.参考文献1 朱彤. 城市与区域大气复合污染. 戴树桂, 主编. 环境化学进展. 北京: 化学工业出版社, 20052 Ding J, Zhu T. Heterogeneous reactions on the surface of fine particles in the atmosphere. Chin Sci Bull , 2003, 48: 2267—2276。

灰霾天气的成因及危害作者：钟青来源：《中国科技纵横》2013年第16期【摘要】随着我国经济飞速发展，工业水平也得到极大提高，随之产生了大量大气气溶胶，从而导致灰霾天气越来越频繁，这给我国环境带来极大的污染。

本文主要对灰霾天气的形成原因以及危害做了详细探讨。

【关键词】灰霾天气成因危害防治措施1 引言随着我国经济不断发展，工业化以及城镇化水平不断提高，空气中的气溶胶污染情况也越来越严峻，以此造成我国的灰霾天气越来越频繁，给居民生活以及工农业生产带来严重影响。

在我国，主要四个区域发生灰霾天气较频繁：黄淮地区、长江河谷地区、珠江三角洲地区以及四川盆地。

这些地区的环境受到极大的破坏并产生了不同程度的光化学污染，居民的身体健康也受到极大的危害，并且对当地的交通运输影响最为明显，严重制约了地区的经济发展。

所以，深入研究灰霾天气的形成原因，正确认识灰霾天气给人类带来的危害，并采取一系列行之有效治理措施是当今我国构建和谐社会的迫切需求。

2 灰霾天气成因及危害2.1 灰霾天气形成原因（1）大气水平方向的静风现象是形成灰霾天气的原因之一。

随着我国城市化进程不断发展，城市的高层建筑对风流的摩擦和阻挡作用越来越明显，使得城区的风流明显减弱并且水平方向的静风水平明显增强，这对大气污染物的稀释扩散非常不利，最终导致城市的大气污染状况越来越严重。

（2）大气垂直方向的逆温现象也是导致灰霾天气形成的原因之一。

所谓逆温现象就是指低空空气温度低于高空空气温度，从而导致抑制了底层空气的垂直运动。

城市上空就像加了个盖子一样，市区底层空气污染物无法扩散到高层，从而使得城区的空气污染物越积越多。

（3）空气中的气态污染物以及悬浮细颗粒物含量逐渐增加也是形成灰霾天气的原因之一。

伴随着我国工业的发展和人口数量的增多，特别是城市汽车保有数量的急剧增加，使得空气中的PM2.5（悬浮细颗粒物）含量、氮氧化物含量和二氧化硫含量不断升高，由于PM2.5中富含硝酸盐、有机酸盐和硫酸盐等可溶性粒子，这些粒子有非常强的水溶性，一旦与空气中的水分相结合就会形成灰霾天气。

《大气颗粒物PM2.5及其危害》篇一一、引言随着现代工业和交通的快速发展，大气污染问题日益严重，其中大气颗粒物PM2.5成为公众关注的焦点。

PM2.5是指空气中直径小于或等于 2.5微米的颗粒物，因其细小的粒径能够深入人体肺部，甚至进入血液循环，对人类健康和环境造成严重危害。

本文将详细介绍PM2.5的来源、传输及在大气中的分布，并探讨其给人类健康和环境带来的危害。

二、PM2.5的来源与传输1. 来源：PM2.5主要来源于工业生产、能源燃烧、交通尾气、建筑扬尘等方面。

其中，化石燃料燃烧、工业生产过程中的粉尘排放是PM2.5的主要来源。

2. 传输：PM2.5颗粒物因其细小的粒径，能够在空气中长时间悬浮，随着气流进行长距离传输。

这种传输特性使得PM2.5能够在短时间内扩散到较远的地区，对区域乃至全球环境造成影响。

三、PM2.5在大气中的分布PM2.5在大气中的分布受到多种因素的影响，如气象条件、地形地貌、人为活动等。

一般来说，城市地区由于人口密集、工业发达，PM2.5浓度较高；而农村地区、山区等则相对较低。

此外，季节变化、气象条件等因素也会影响PM2.5的分布。

四、PM2.5对人类健康的危害1. 呼吸系统疾病：PM2.5能够深入人体肺部，甚至进入血液循环，对呼吸系统和心血管系统造成危害。

长期暴露于高浓度的PM2.5环境中，容易引发支气管炎、哮喘、慢性阻塞性肺病等呼吸系统疾病。

2. 心血管疾病：PM2.5能够引发心血管疾病的恶化，增加心脏病、中风等疾病的发病率和死亡率。

3. 癌症：研究表明，长期暴露于高浓度的PM2.5环境中可能增加罹患肺癌的风险。

4. 其他危害：PM2.5还可能对人体的神经系统、免疫系统等造成影响，引发头痛、恶心、呕吐等症状。

五、PM2.5对环境的危害1. 生态系统破坏：PM2.5能够附着在植物叶片上，影响植物的光合作用和呼吸作用，破坏生态系统平衡。

2. 大气能见度降低：PM2.5能够吸收和散射光线，导致大气能见度降低，影响交通出行和航空安全。

第一章绪论作为发展中的中国，就目前形势来说大气污染程度越来越严重，由于我国在环境治理中，对看得见、摸得着的水污染与固体废弃治理和市场化关注度较高，而对大气污染治理，一直以来，比水和固废的治理度就低。

因而这部分市场的推动也是相对薄弱的。

近今年伴随着中国华北地区日久集聚终于爆发出的雾霾天气问题，却引发了社会对大气污染的关注度提升到新的层面。

实际上我国的大气污染防治工作在前几年已经开始逐步开展，2002年开始，我国出台了一系列的措施，对节能减排的提倡有了一定的成果，同年8月发布了《节能减排“十二五规划》，从各项政策中对大气污染防治都起到一定的积极作用。

根据前瞻产业研究院最新数据表明，我国2000-2011年，工业废气排放量年均增速19.06%，11年间增长了2.39倍。

1.1PM的概况PM2.5指的是大气中空气动力学当量直径小于2.5mm的颗粒物[1]。

公众较为熟悉的获知空气污染指数是在当下城市空气质量预报、指数中的可吸入颗粒物和总悬浮颗粒物。

其中，可以通过人体的组织器官与外界进行气体交换吸入的直径比2.5μm大、等于或小于10μm的颗粒物通常是指可吸入颗粒物，通常用PM10来表示；而直径小于或等于100微米的颗粒物被定义为总悬浮颗粒物，也称为PM100随着研究的深入以及监测水平的提高，科学家逐渐采用PM2.5来指示大气环境质量，空气污染的指数越严重，这个值就越高，称为PM2.5。

随着研究的深入以及监测水平的提高，科学家逐渐采用PM2.5来指示大气环境质量，这个值越高，就代表空气污染越严重。

在空气中每立方米的可吸入颗粒物的值越高，代表空气污染越严重。

颗粒物的直径小于或等于2.5微米，是细颗粒物与粗颗粒物的评判标准也是主要的区别，体积要比PM10小的多，比人类的头发还有要细上许多，是头发的十分之一的大小。

大气中颗粒物的粒径要小于2.5微米和粗颗粒物对比，别看PM2.5粒径小却危害巨大，它的表层含有许多有毒、有害的物质，不仅如此它还有在大气中的停留时间长、输送距离远等特点，对公众的身体健康和空气质量有很大的影响.所以政府在2012年2月增加了PM2.5监测指标。