灰霾天气（精选4篇）
灰霾天气 篇1
1 引言
灰霾又称大气棕色云,灰霾天气加重空气污染程度,使空气混浊,能见度降低,危害人体健康。所以,都市灰霾的出现具有重要的空气质量指示意义[1]。分析灰霾天气成因的气象条件主要包括合适的大尺度天气形势;气流停滞区、近地面静小风;大气边界层存在强逆温层;强日照和低相对湿度以及以上条件持续多日维持等[2]。空气中气溶胶、细粒子污染加重灰霾天气空气污染,特别是在城市群密集区域大气复合型污染问题凸现,导致城市能见度下降。为有效评定灰霾天气对空气质量的危害程度,基于灰霾天气与空气污染的相互关系,对灰霾中各项污染物成分的准确连续监测显得尤为重要。
中国气象局对于灰霾的定义是,霾是一种天气现象,是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10.0km的空气普遍混浊现象,又称灰霾。美国气象学会的定义为颗粒物悬浮在空气中,散射光而降低能见度;通常由气溶胶和光化学烟雾组成。美国环保总署的定义为大气中因大量而可见的气溶胶,这些颗粒物十分细小,单个肉眼不可见,但引起所见物的扭曲和可见范围的下降。
形成灰霾天气的大气气溶胶主要来源于自然排放和人类活动的排放,但是在一段时期内,无论是自然排放和人类活动排放的气溶胶粒子的总量是大致稳定的,而决定性的控制因素就是气象条件。灰霾天气出现时,一般都伴随着静小风、强日照和低相对湿度。 严重的灰霾天气无一例外地都出现在边界层强逆温的情况下,逆温层如同一个锅盖,限制其内物质的扩散和稀释;另一方面,城市化、工业化的发展造成下垫面属性改变,也使得城市大气边界层的物理结构在发生变化。
2 灰霾天气的形成
所谓灰霾天气,是指空气中的氮氧化物、颗粒物的总量大,导致能见度低。灰霾天气的形成有两方面原因,即不利的气象条件,大气颗粒物(特别是细颗粒物PM2.5)和气体污染物的增加。灰霾影响大气环境质量,影响气候和能见度,影响人体健康,尤其是细颗粒物(PM2.5)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。同时灰霾还会加快城市遭受光化学烟雾污染进程。
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,由气溶胶造成的能见度恶化事件越来越多,这些人类活动排放的污染物,包括直接排放的气溶胶和气态污染物通过化学转化与光化学转化形成的细粒子二次气溶胶,可形成灰霾(特指人类活动源排放的大气污染物诱发的低能见度事件),致使能见度下降。我国东部地区灰霾天气迅速增加,灰霾天气的本质是细粒子气溶胶污染,与光化学烟雾相关联,形成灰霾天气的气溶胶组成非常复杂。近年来由于灰霾天气日趋严重引发的环境效应问题和气溶胶辐射强迫引发的气候效应问题,广泛地引起科学界、政府部门和社会公众的关注,而成为热门话题。
近年,在不利气象条件下,区域性灰霾天气在我国频繁出现。灰霾天气与我国车用燃油中硫的含量远远高于欧美发达国家直接相关。根据统计数据分析,目前我国新生产机动车排放水平落后欧美发达国家8年以上,轿车排放氢氧化物是美国的3.5倍,氮氧化物是美国的2.5倍,农用车排放标准至少落后欧洲20年以上。
据有关调查显示,北京市的灰霾天气近几年呈现逐年上升的趋势。在北京市的道路两侧,交通微环境的污染物人均小时吸入量是北京市整体平均的污染物人均小时吸入量的5倍左右,这导致了呼吸道疾病发病率呈上升趋势。灰霾天气的出现,使空气能见度变差,影响海、陆、空交通运输,增加交通事故频次,还造成空气质量下降,诱发鼻炎、支气管等多种呼吸道疾病,危害人体健康[3]。
3 影响灰霾天气产生的因素及其分析
空气中能见度的变化有一定的延续性,灰霾发生的前后两天的能见度相差较小。气压对灰霾天气产生的影响较大。升温的现象越明显,灰霾越严重。且逆温现象的出现对灰霾天气的产生有一定的影响。总体上灰霾当天的相对湿度均值要低于灰霾发生前一天相对湿度均值,这种趋势越明显,灰霾等级越轻。风速和云量在灰霾当天和灰霾前一日的变化不大,随着风速逐渐变小,云量逐渐加大,灰霾等级逐渐加深。
灰霾期间,随着灰霾等级的加大,PM10、SO2和NO2浓度呈上升趋势,O3浓度表现出下降的趋势。灰霾前一日的浓度小于灰霾当天PM10的浓度,两者浓度的差异随着灰霾严重等级的增加而逐渐加大。灰霾发生后一天,大气污染水平加重的可能性较大。灰霾天气出现后,有较强的连续性,越是严重的灰霾天气,影响的范围越大,时间越长。因此,应该重视灰霾发生的3~5d。
气象地形特征,污染源排放类型和地理分布,季节差异都会对灰霾的发生产生一定的影响,要准确预测城市主城灰霾的发生,存在困难。初步统计分析,得出重庆主城灰霾发生的PM10参照基准浓度为0.094mg/m3。当第1天能见度在5km以上,第2天较前一日气温升高、气压下降、相对湿度下降、云量有所减弱时,会比较容易发生灰霾天气。
4 灰霾的监测
专门的灰霾监测系统包含气溶胶监测仪、水份监测仪、VOCS监测仪,能见度监测仪、UV辐射计等,如需满足预警预报,还应配备大气稳定度监测仪,系统可实现PM10、PM2.5、黑碳、二氧化硫、氮氧化物、一氧化碳、臭氧、大气的稳定度及气象参数(包括风速、风向、温度、湿度、大气压、降水、能见度、太阳辐射)等指标的监测,能够很好的监测造成灰霾天气的主要物质成分。灰霾监测将是对常规大气监测的有效补充,对于提高预防灰霾天气,使得人们提前做好灰霾天气防护措施,以及为灰霾污染的治理提供良好的依据都起着至关重要的作用。
随着人们对灰霾危害认识的加深,以及国家对灰霾治理的重视,目前已经有部分城市建立了自己的灰霾监测站,并开设了灰霾治理课题,这些灰霾监测站点所提供的数据,可以为预防和治理灰霾天气提供依据,同时也可以为气象预测服务。
4.1 标准型灰霾监测站
对灰霾监测所必须的参量实施测量。主要监测参数包括:气象参数、能见度、氮氧化物、二氧化硫、臭氧、PM10、PM2.5、PM1、消光系数、浑浊度、黑碳浓度、气溶胶光学厚度等。
4.2 扩展型灰霾监测站
在完成基本灰霾监测后,为了开展更多的科学实验和收集更多数据而增加其它与灰霾相关的参量。主要监测参数包括标准型灰霾监测站所有参量、挥发性有机化合物、NOx、颗粒物粒径分布、颗粒物化学成分、硫酸盐、OC/EC、硝酸盐、铵盐等。
据了解,灰霾监测站除配备了常规的环境空气污染物监测仪器外,还增加了能见度、浊度、有机碳、元素碳、气溶胶粒径、黑碳等灰霾监测专用仪器。监测站通过设在屋顶的探头收集空气,然后利用各种仪器重点对大气能见度、气溶胶特性、气溶胶质量浓度等开展连续监测,同时对臭氧等反应性气体进行监测,获得其浓度值和相应变化趋势。
灰霾监测站的建成弥有利于研究城市大气灰霾、细颗粒与超细颗粒、挥发性有机化合物(VOC)的来源、成因与转化机理;更好地分析潜在的环境风险,摸清污染来源,为构建区域性灰霾监测网络和预测预警系统奠定了基础。
5 控制灰霾的措施及建议
(1)控制主要污染源。
包括扬尘污染;机动车尾气污染;燃煤污染;区域联防联控。
(2)加强灰霾预测预报研究。
开展灰霾天气测预报预警方法的研究和业务平台建设:为广大市民提供防御指引;为政府实行动态调控的环保措施的决策服务。
(3)根据气象条件动态调控。
加强与气象部门的合作,根据气象条件的预测,对主要污染源实行动态调控。加强城市科学规划和生态建设,开展颗粒物对人体健康影响研究,深入系统开展灰霾研究。
摘要：指出了灰霾天气越来越严重,对气候和生态系统造成了一系列影响,提出了对灰霾中各种气体含量的监测方法,分析了影响灰霾天气形成的因素,以供相关部门参考。
关键词：灰霾,污染,监测
参考文献
[1]吴兑.再论都市霾与雾的区别[J].气象,2006(4):61～62.
[2]钟流举.灰霾天气背景资料[R].北京:中国环境监测总站部分省市站长座谈会,2007.
[3]中央气象局.地面气象观测规范[M].北京:气象出版社,1979.
灰霾天气催生千亿商机 篇2
在此背景下, 资本闻风而动, 不少私募股权公司已经在寻找具投资价值的清洁技术公司, 特别是那些长远来看, 可能有助于减少空气污染的企业。
“抢先者必有斩获”
近日, 浙商杨东海有了投资空气净化器的宏愿, 其投资灵感, 来源于他父亲的病。
杨父年逾八旬, 罹患脑梗与心脏病, 4年前移居上海求医, 病情趋好转。然而, 每值雾霾天, 老人的病情便有波动。在雾霾严重的这几天, 老人呼吸艰难, 住进了医院。
“在商言商, 父亲的病让我感觉到这里面存在着一个巨大的商机。”杨东海说, 对土壤污染、水污染等, 老百姓可能没有直接的感受, 但空气不一样, 人们的感受非常直观。“空气质量跟经济发展模式相关, 这种粗放的模式有巨大的惯性, 暂时还看不到改变方向的可能。所以, 接下来空气净化这个市场相当大。”
从前年开始, 杨东海心无旁骛地琢磨这事, 查资料, 向专家请教, 同时寻找合作伙伴。去年底, 他有了一个粗简的方案。杨东海找到一家生产空气净化器配件的工厂, 准备把这家厂吃下来, 然后再找两个合作伙伴一起投资, 自己生产空气净化器。
当然, 资金只是第一步, 后面还将面对技术、品牌等关卡。在杨东海看来, 这是个巨大的市场, 抢先进入者必有斩获, “你看好了, 再过一两年, 很多人家里都会出现空气净化器。”
杨东海的野心不止于此。他聘请了专家, 研究后认为, 未来可以生产带有空气净化功能的空调, 据他所知, 目前国内尚没有这类产品。“当然, 可行性尚在探索中。”
而1月大规模蔓延的雾霾, 在刺激人们呼吸道的同时, 也刺激了众多环保产业的市场需求, 空气净化器即是其中亮眼的一块。
1月21日, 空气净化器生产企业苏州贝昂科技有限公司, 在其淘宝网店上挂出致歉信。该信称:“由于最近突发的全国范围的严重空气污染, 造成贝昂产品的需求量井喷式爆发。我们的库存量远远无法满足大家的需求, 我们的工厂也正在加班加点地赶制产品……”
贝昂空气净化器可帮助去除小至20微米的可吸入颗粒。在PM2.5数值刺痛人们的眼帘之时, 此类产品受市场热捧。“我们的产品最近卖得确实不错, 我们对自己的产品相当有信心, 也很看好市场。接下来, 我们很可能要进一步扩大生产规模。”苏州贝昂一位高管说。
据粗略统计, 淘宝网上有10款“空气净化器PM2.5”产品的近期销量过百, 其中一款价格为599元的产品, 在1月更是售出了941件。
“空气概念股”
在个人防护之外, 雾霾经济的更大商机, 蕴含在治理空气污染之中。
治理从监测起步。环境保护部副部长吴晓青曾表示, “十二五”期间, 国内要建设近1500多个PM2.5监测点位, 前期投入将超过20亿元, 而据谷腾环保网总经理王新星估计, 相关监测仪器市场规模将远超百亿元。
从去年第二季度开始, PM2.5监测仪器已呈现出一轮爆发式增长, 一直持续到第四季度。据统计, 去年全国范围内安装了约1000台此类仪器。业内人士按照国内现有监测点的数目来计算, 预计2012~2015年内, 国内将有3000多台的需求量。
这是一个颇为诱人的市场。事实上, 在创业板上市的先河环保、聚光科技等“空气概念股”, 以其漂亮的业绩, 已对投资者形成不小的召唤力。先河环保日前发布的年报称, 2012年, 受益于PM2.5产品及国家新空气监测建设的投入, 公司销售收入增加, 归属于上市公司股东的净利润比上年同期提升14%~29%, 公司盈利4600~5200万元, 而2011年这一数字为4020万元。
作为空气监测领域的领头羊企业, 先河环保占据了约30%的市场份额。“我们从事这个行业十几年了, 有自主创新的优势, 可以说本土最强。今年我们订单持续增长。河北的监测仪器用的都是我们的, 去年11月, 广东省空气监测仪器招标, PM2.5测试仪也是我们中标。”先河环保证券代表王少军说。
同样以环境监测设备作为重要业务的聚光科技也公告称, 2012年1~9月, 该公司的营业总收入比上年同期增长14.99%, 归属于上市公司股东的净利润增长18.76%, “公司的环保业务这一块增长率更高, 应该有20%。”聚光科技一位高管说。
据了解, 中国环境监测总站去年先后调集了先河环保等6家公司的9种PM2.5自动监测仪器, 进行单机比对测试, “我们送了一款自己的产品和一款代理的产品去, 应该会对后续采购有利。”王少军说。
前述聚光科技高管则称:“我们也有产品在做比对测试, 这个测试要花一两年时间, 通过测试后, 会领到销售牌照。国内环境压力较大, 这对监测仪表供应商来说, 会有不少市场机会。”
随着今后几年PM2.5监测点位的逐渐铺开, 先河环保和聚光科技都对后续的市场比较乐观。“PM2.5监测仪器还会有一定的销售量。除PM2.5之外, 我们的工具系统还会提供很多其他的指标测试, 比如二氧化硫、氮氧化物、一氧化碳、臭氧等, 此外, 我们还做污水排放、烟气排放、酸雨监测等等, 这些也都会有市场需求。随着人们对环保的日益重视, 相信公司还会持续增长。”王少军说。
“污染物包括很多种, 形态多样, 对一些现在还监控不够的领域, 我们也在做前期准备工作。对我们来说, 环境监测业务未来几年还是比较好的发展机会。”聚光科技高管说。
更大的治污商机
事实上, 空气监测只是其中的一个商机。而从源头上严控、整治污染, 将是未来治理环境的方向所在, 其间有着更巨大的商机。
“这是一个巨大的数字, 万亿级别的数字。环保产业对中国来说, 是一个必选项。去年12月发布的《重点区域大气污染防治“十二五”规划》就提到, 光是处理工业废气, 就有几千亿的市场规模。中国的大气整治还处于非常早期的阶段。”北极光创投驻北京的董事总经理杨磊说。
“大气污染首先是粗放型的能源利用方式造成的。我国消耗的能源中, 一半以上是煤, 而火力发电脱硫、脱硝都不过关。用的石油一半靠进口, 买的都是便宜的含硫量较高的油, 炼油厂脱硫工艺也差。再者, 这些年汽车大量增加, 发动机质量也不行。种种问题根子上还是归到经济, 为降低成本, 牺牲了环境。”安徽大学资源与环境工程学院教授李玉成分析道。
而整治大气需要花钱, “燃煤发电要尽快脱硫脱硝, 进口质量好的石油, 炼油厂的工艺要改进, 汽油标准要提高等等。”李玉成说。
“所谓污染拉动经济, 但我认为不能这么说, 只是挖肉补疮而已, 如果早些堵塞污染源, 何必花那么多钱呢?”李玉成并不同意商机之说, 在其看来, 这是污染的代价。
在挖肉补疮之中, 出现的悖论是, 污染越重, 商机越大。据王新星估计, 未来电力行业将成治理重点, “十二五”期间电力行业脱硫建造市场容量将超过500亿元, 运营市场到2015年规模将达到328亿元, 年复合增长率高达50%以上。此外, 保守预计“十二五”期间电力行业脱硝市场容量将超过1900亿元。
在中国环境科学研究院原副院长夏青看来, 电力行业脱硫脱硝, 市场会有所促进, “现在凡是搞大电厂、水泥企业脱硫脱硝的高技术企业, 都很火热。电力脱硫脱硝也在按部就班地往前推进。”
夏青认为, 真正的难点, 是需要提升汽油的炼制水平, “原先炼油, 采用含锰添加剂来脱硫, 这样比较便宜, 但锰对人体有害, 不宜采用。除此之外的办法都很昂贵, 炼制一吨油, 每提升一个甲烷值, 需要增加200元。我觉得可以适当考虑补贴一下炼油企业, 提升炼制水平, 这得花不少钱, 但如果其他方法解决不了雾霾, 就不得不在这上面认真一点。”
“这是大的决策, 如果决定了, 就得算投入产出分析, 如果真能有利百姓健康, 补贴一些也不是不行。”夏青说。
无论以电力脱硫脱硝为主, 还是炼油脱硫为重, 空气治污归根结底是个系统工程, 商机四伏。
夏青认为, 在环保领域内, 每个行业的顶尖企业都会大有前途, “只要技术领先, 它就会很厉害。”
清华BP清洁能源研究与教育中心主任李政说:“看问题要看整体, 看总量。局部的控制并不能解决整体的问题, 火力发电哪怕污染减少到零, 但别的污染源还在, 大气污染还是照样有。”
显然, 治污需作全面的努力, “改善空气质量是个朝阳行业, 而且永远是朝阳行业。工业化、现代化的发展, 使得空气污染的压力很大, 而人们对生活质量也会不懈追求。空气治理行业规模会越来越大, 难以估计。”北京企业研究所所长贺阳说。
资本的嗅觉
在商机面前, 资本永远是嗅觉最敏锐的, 它们早已闻风而动。据悉, 私募股权公司正在寻找在中国投资清洁技术公司的机会, 特别是那些从长远来看可能有助于减少空气污染的公司。行业专家认为, 虽然私募股权投资美国清洁技术公司的步伐今年预计会有所放缓, 但中国的情况可能刚好相反。
有数据统计, 去年私募、风投和其他类型的投资对在华清洁技术公司的投资降至19.6亿美元, 低于2011年的39.1亿美元和2010年的40.4亿美元。但这一趋势很可能在今年会扭转。
“中国清洁能源投资往往一窝蜂, 产能上得非常快, 但这些企业往往是市场和原材料两头在外, 竞争力不强。这是去年投资下降的一个重要原因。今年, 我相信此类投资会上升, 很多基金都在关注这些行业, 投资会更理性。”杨磊说。
杨磊称, 中国清洁技术公司需要的资金通常比美国公司要少, “例如一家中国公司实现收支平衡, 只需收入达到2000万美元左右, 而美国公司则需要1亿美元, 投资中国的风险要小很多。”
杨磊所在的北极光创投一直对环保行业非常关注, 其1/3的基金会投在相关领域。自2010年以来, 北极光每年都会投四五家环保企业, 今年也将如此, “去年, 我们融了一个4亿美元的基金, 和一个大约1亿美元的人民币计价投资工具, 用于三四年间的持续投资。”
苏州贝昂是今年进入北极光视野的一家公司, “还没最后决定, 在考虑过程中。”杨磊称。
而自2010年以来, 北极光已投资了生物燃料、太阳能、能源存储, 以及节能环保高端材料等各种类型的环保企业, “我们投的公司成长得都非常快, 即便在去年经济低迷的大环境下, 有些公司的利润和收入甚至增长了400%。在我们看来, 如果一个公司的增长低于100%, 那就是落后了。”
灰霾天气 篇3
关键词：灰霾,气溶胶,大气颗粒物,能见度,研究进展
随着我国经济社会不断发展和经济规模的迅速扩大,人民的生活水平日益提高,环境问题起来越受到人们的重视。近年来,由灰霾天气日趋严重引发的环境效应问题和气溶胶辐射强迫引发的气候效应问题,广泛地引起了科学界、政府部门和社会公众的关注。
1 灰霾天气概述
1.1 定 义
关于灰霾的识别,在我国科学界和气象业务人员之间分歧颇大。
按照气象出版社《大气科学词典》的解释,霾指悬浮在大气中的大量微小尘粒、烟粒或盐粒的集合体,组成霾的粒子极小,不能用肉眼分辨。当大气凝结核由于各种原因长大时也能形成霾。在城市严重空气污染地区,霾可以频繁出现。
根据中国气象局《地面气象观测规范》规定,霾指大量极细微干尘粒,均匀浮游空中,使空气普遍混浊,水平能见度小于10 km的现象,远处光亮物体微带黄色、红色,黑暗物体微带蓝色。形成霾的天气条件一般是气团稳定、较干燥,在一天中任何时候均可出现。
国家气象行业标准[1]规定“霾是一种天气现象,霾是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 km 的空气普遍混浊现象,又称灰霾。
香港天文台和澳门地球物理暨气象局称霾(灰霾)为烟霞。”并限定出现霾时相对湿度低于95%。
在不同历史时期,WMO和其它国家气象机构曾经给出过区别霾与轻雾的建议,其中也有使用相对湿度作为辅助判据的,英国天气局在1994年规定出现霾时相对湿度低于95%,而对于轻雾,WMO1984年规范中,建议高的相对湿度,在1996年的规范中又建议相对湿度通常比100%低,在2001、2005、2008年的规范中建议相对湿度大于95%;英国天气局分别在1982、1991、1994年规定出现轻雾时相对湿度低于100%但≥95%;造成这些差异的原因,主要是长期以来对组成霾的气溶胶粒子的认识需要相关知识积累的过程,随着近年来对气溶胶物理化学性质的深入了解,这个问题逐步得到了共识[2,3]。
1.2 形成原因
形成灰霾天气,大气污染物的源排放是内因,气象条件是外因。城市大气污染使得灰霾可以频繁出现。
大气污染物源的排放占标率越高,灰霾天气出现频率越高。源排放达到最不利扩散气象条件的容量限值时,开始出现灰霾天气;源排放达到一般扩散气象条件的容量限值时,灰霾天气频发;源排放达到最有利扩散气象条件的容量上限时,天天都会出现灰霾天气。
灰霾天气形成原因之一是从大范围看,需要合适的大尺度环流形势。我们知道,大气稳定度和大气对污染物的扩散能力取决于高低空大气环流的配置。通常采用500 hPa和地面的天气系统来分类,主要依据500 hPa槽所处地理位置、移动速度和方向以及相应的地面高低压系统的配置情况,灰霾天气过程发生时的环流形势可分为中阻塞性、南支槽型和纬向型三种。不论哪种形势,对应在地面上,我国东部均形成高压控制的均压场,水平气压梯度较小,导致地面风速较小,且大气层结稳定,不利于污染物的扩散。
灰霾天气形成原因之二是大气水平方向静风现象增多[4]。近年来随着城市建设迅速发展,大楼越建越高, 阻挡和摩擦作用使风流经城区时明显减弱,水平方向静风现象增多,不利于大气污染物扩展稀释, 却容易在城区和近郊区周边积聚。
灰霾天气形成原因之三是从热力结构看,边界层存在强逆温现象。通常情况下,在低层大气中,气温是随高度的增加而降低的。逆温层好比一个锅盖覆盖在城市上空,使城市上空出现了高空比低空气温更高的逆温现象。污染物在正常气候条件下,从气温高的低空向气温低的高空扩散,逐渐循环排放到大气中。但是逆温现象下,低空的气温反而更低,导致污染物的停留,不能及时排放出去。
灰霾天气形成原因之四是从湿度条件看,常伴随强日照和低相对湿度。2010年出台的国家行业标准“QX/T 113-2010, 霾(灰霾)的观测和预报等级”中规定相对湿度在80%以下基本判定为灰霾,而《广东省灰霾天气预警信号发布细则》则更具可操作性,当相对湿度在80%~95%时,判定为霾或者轻雾。统计表明,相对湿度在40%~70%之间有利于灰霾及严重、重度灰霾天气出现,尤以50%~60%时出现的概率最高。
灰霾天气形成原因之五是大气垂直方向出现逆温现象[4]。逆温层好比一个锅盖覆盖在城市上空,这种高空气温比低空气温更高逆温现象,使得大气层低空空气垂直运动受到限制,导致污染物难以向高空飘散而被阻滞在低空和近地面。
灰霾天气形成原因之三是悬浮细颗粒物和气态污染物增加[5]。近年来,随着城市人口增长、工业持续发展和机动车辆猛增,使得悬浮细颗粒物PM2.5和气态污染物二氧化硫、氮氧化物大量增加,PM2.5中可溶性粒子(如硫酸盐、硝酸盐、铵盐以及有机酸盐等)具强吸水性[6],它们与水蒸气结合在一起,形成灰霾天气,让天空瞬间变得灰蒙蒙; 燃煤排放废气和机动车排放尾气中二氧化硫、氮氧化物是大气细颗粒物PM2.5中硫酸盐、硝酸盐前体物[6],二氧化硫和氮氧化物与空气中其他污染物经过了一系列复杂化学反应形成硫酸盐、硝酸盐等二次颗粒,由气态污染物转化成固态污染物,成为PM2.5主要成分,二次污染过程成为PM2.5升高最主要原因,加重灰霾天气形成与持续。
1.3 影响因素
灰霾天气最主要影响因素是污染排放和气象条件两方面。空气中有污染物,就有可能形成霾,但如果此时气象条件是狂风大作大风天气或艳阳高照晴朗天气,污染物扩散很快,就不会形成灰霾天气。由于气象条件是不可控的,因此应加大力度控制污染排放,深入开展大气污染治理[7]。
一是污染排放方面。形成灰霾天气大气气溶胶主要来源于自然排放和人为排放,在一段时期内,无论是自然排放还是人为排放气溶胶颗粒总量大致稳定。现今全国各地都在大力推行节能减排,空气中二氧化硫含量逐渐稳步降低,但机动车越来越多,机动车尾气逐渐成为大气污染新贡献者,虽然目前机动车尾气在大气污染物总体中含量并不特别大,但机动车尾气会增加大气氧化性,形成更多二次气溶胶,导致更多雾霾天气发生。
二是气象条件方面。在一段时期内,出现严重灰霾天气或清新晴朗天气决定性控制因素是气象条件。灰霾天气出现时,一般伴随静小风、强日照和低湿度,严重灰霾天气无一例外都出现在边界层强逆温情况下,逆温层如同一个锅盖,限制其内物质扩散和稀释; 另一方面,城市化、工业化发展造成下垫面属性改变,也使得城市大气边界层物理结构发生变化[8]。
2 我国目前的研究进展
目前,国内针对灰霾天气的研究仍处于初期阶段,主要集中在对灰霾的界定、观测及气候特征的研究上,针对大气颗粒物的研究主要集中在粒径分布、污染水平、时空分布、化学组成及源解析等方面。而国外学者针对灰霾天气及大气颗粒物的研究相对较早,主要集中在大气颗粒物的组分、浓度及来源研究,且主要是针对PM2.5方面的研究。美国环境保护局(USEPA)于1997年就颁布PM2.5的空气质量标准,确定PM2.5的年均质量浓度限值为15 μg/m3,日均质量浓度限值为65 μg/m3,2006年又将日均质量浓度限值标准提高到35 μg/m3,而国内目前仍没有相关标准。
2.1 灰霾天气期间大气颗粒物污染特征研究
灰霾天气期间大气颗粒物污染特征研究主要从大气颗粒物的时空分布和污染水平2个方面展开的。
从时空分布来讲,由于各地气候及地理环境的差异,导致灰霾产生的时间和季节分布也各不相同。童尧青等[9]利用南京气象站和5个南京郊区气象观测站1961~2005年地面气象观测资料,得出南京地区6站灰霾天气均呈现出冬季>春季>秋季>夏季的季节特征。张立多等[10]在探讨灰霾天气对厦门市能见度影响的研究中发现灰霾多现在秋冬季,1 月份最多,7 月份最少。Juan Li 等[11]也发现在乌鲁木齐冬季和秋季是污染比较严重的季节,他们认为这是因为从 10 月 15 到 4 月 15 日燃煤取暖造成的;其次是春季,由于受西北准葛尔盆地和沙尘的影响,气溶胶浓度增大,灰霾天气严重。吴国平等[12]对我国广州、武汉、兰州、重庆4城市空气中颗粒物污染的季节性变化特征进行了研究,发现在大多数情况下,均是冬春污染最重,秋季次之,而夏季最轻。国外的研究表明,部分地区PM2.5质量浓度的季节变化与我国有相似的特点,如意大利的MARCAZZAN等[13]通过对1997年12月至1998年9月期间意大利米兰地区PM10和PM2.5的采样分析,也得出了冬季PM2.5质量浓度高于夏季的结果。
从污染水平来讲,我国大气颗粒物污染相对比较严重,且细颗粒物占了很大比例。Zhenxing Shen等[14]发现灰霾期间PM2.5的浓度几乎是正常天气下PM2.5浓度的3倍。谢鸣捷等[15]于 2008年对南京夏秋季灰霾期间的大气颗粒物分析研究发现,灰霾期间2.1 μm以下积聚模态细颗粒物浓度急剧增加,相较于非灰霾期增加了1~3倍,大气颗粒物呈单模态-积聚模态分布。谭吉华[16]研究发现广州市灰霾期间细颗粒物明显比粗颗粒物在TSP中占得比例高,而在非灰霾采样期,细颗粒物在TSP中所占比例与粗颗粒物相当或略少,这是因为细颗粒物由于粒径较小较难沉降,主要通过降雨或空气对流去除;而粗颗粒物沉降速度较快,可以通过干沉降去除;采样前长期的干旱少雨,导致细颗粒物大幅增加,这也是灰霾形成的主要原因。Yang Weifen[17]通过对南京灰霾期间细颗粒物的分析发现,灰霾期间PM2.5的平均质量浓度是非灰霾期间的1.19倍,也就是说灰霾期间PM2.5的污染比非灰霾期间严重得多,而空气中的细颗粒物主要来自于土壤扬尘、冶金拍、石油化石燃料燃烧和建筑业。
2.2 大气颗粒物粒径与能见度相关性研究
宋宇等[18]对北京市灰霾天气期间能见度下降与颗粒物污染的关系进行分析,发现能见度的改善或恶化与细颗粒物质量浓度密切相关。董雪玲[19]也认为,大气的散射效应主要同细颗粒物有关,PM2.5与大气能见度线性相关系数高达0.96,即PM2.5的污染水平与灰霾的形成直接相关。张新玲等[20]进一步对比了1993年和2002年观测期间的环境质量,发现TSP的质量浓度无明显差异,而颗粒物数量显著增加,这是TSP中细颗粒物所占比例增加所致。细颗粒物的增加,为能见度恶化及灰霾天气形成提供了有利条件。
中国气象局北京城市气象研究所开展了大气细颗粒物与气象能见度的同步综合观测[21],监测结果表明,能见度与PM2.5质量浓度在春季呈乘幂关系;夏季除高相对湿度外,呈指数关系;秋季呈对数关系;冬季呈指数关系。北京市大气能见度与细颗粒物质量浓度呈现较好负相关性,细颗粒物污染是造成大气能见度下降的主要原因。
2.3 大气颗粒物成分与能见度相关性研究
国外针对大气颗粒物不同成分对大气消光系数的影响研究较为充分,主要成果有,大气气溶胶中粒径为0.1~2.0 μm的颗粒物会通过对光的散射而降低物体与背景之间的对比度,从而降低能见度;在这一粒径范围的颗粒物中,二次SO2-4颗粒物和二次NO-3颗粒物最易散射可见光。大多数地区能见度的降低是由二次SO2-4颗粒物引起的,但在一些城市(如美国的丹佛)的冬季,二次NO-3颗粒物也可对能见度的降低起主要作用[22]。大气颗粒物对光的吸收效应几乎全部是由碳黑(也称元素碳)和含有碳黑的颗粒物造成的。尽管全世界每年排放的碳黑仅占全部颗粒物排放量的0.2%~1.0%,但其引起的消光效应却要高得多,在某些地方甚至可以使能见度降低一半以上。在澳大利亚布里斯班大气颗粒物的吸光系数达到总消光系数的27.8%[23]。
目前,国内对能见度的研究仅停留在能见度与颗粒物浓度及气象条件的关系上,缺乏对颗粒物相关化学成分的深入研究。刘新罡等[24]通过对广州市2004年10月1日至2004年11月5日污染性气体NO2、气溶胶散射系数和吸光系数以及粒子化学成分组成等资料的分析,得到了各个因子对广州市大气能见度降低的贡献率,其中,大气气溶胶散射(bsa)的贡献率为75.26%;大气气溶胶吸收(bap)的贡献率为12.89%;水汽引起的光散射贡献率(bsw)为5.78%;NO2气体吸收(bag)的贡献率为3.68%;大气分子散射(bsg)的贡献率为2.38%。同时发现粒径小于2.5 μm的细粒子在波长λ=0.55μm处对太阳辐射的散射为89%,粗粒子的散射比例仅为11%。并给出了广州市区气溶胶的质量散射系数为(2.9900±0.1100) m2/g。
尽管,以往对大气能见度与大气颗粒物关系的研究已取得很大进展,但仍有一些问题有待解决。比如,研究成果的精确度有待提高;不同实验室之间研究成果难以对比;区域之间研究程度不平衡等[25]。
2.4 灰霾天气期间主要污染物源解析研究
国内外学者对大气颗粒物源解析做了一定研究,研究结果显示,人为源是大气颗粒物的主要来源,如巴塞罗那地区人为源对该地区PM2.5的贡献率为73%[26],人为源的构成主要包括道路扬尘、机动车尾气、建筑尘等,但各地区差异较大。如济南市PM2.5构成为[27]:道路扬尘和机动车尾气尘(15.0%~16.0%)、工业排放源(15.1%~17.5%)、燃煤尘(13.6%~18.7%);杭州市区PM10构成为[28]:道路建筑尘(22.5%)、燃煤尘(26.2%)、二次粒子(22.3%)、汽车尾气尘(20.8%),其中的汽车尾气尘与1996年相比比例增加迅速,而燃煤尘的比例有明显降低;杨圣杰等[29]对北京市采暖期和非采暖期PM2.5进行了初步研究,采用多元素同时测定及CMB模型对其进行源解析,研究表明汽车尾气排放为北京市主要污染源。
3 结 语
灰霾天气 篇4
灰霾天气的形成除了与气象因素有关外, 空气中的固态颗粒物是造成大气能见度下降而产生灰霾天气的重要原因。国内外研究表明:对灰霾天气贡献最大的是PM10以下的细粒子;灰霾天气与光化学有关, 其元凶是挥发性有机物VOC, VOC与氮氧化物在阳光照射下生成臭氧, 同时也会生成气溶胶和光化学烟雾[1]。因此, 有必要对相关项目的监测结果进行分析, 根据中山市现有的监测项目, 选取了PM10、NO2和O3, 研究它们与灰霾天气的关系及影响。
1 数据统计
中山市有四个空气质量自动监测站点, 均配有PM10、NO2和O3等项目的监测仪器, PM10采用美国RP公司的1400a型监测仪, N O2和O3采用美国T E公司的4 2 C型和49C型监测仪。根据四个站点每天的监测数据统计全市各项目的日均值。本研究统计了2008年和2009年各项目的日均值, 共731组数据。灰霾天气的统计利用中山市气象局的监测数据, 2008年和2009年共观测到327个灰霾日。
2 结果与分析
2.1 PM10、NO2和O3浓度与灰霾月变化特征
从图1和图2可以看出PM10、NO2和O3浓度与灰霾天气的月变化趋势, 2008年和2009年的月变化趋势基本一致, 说明各污染物和灰霾天气有明显的变化规律:P M 1 0和NO2在夏季浓度较低, 冬季较高, 季节变化比较明显, 这与气象条件的季节变化有直接的关系, 夏季的气象条件有利于污染物的扩散, 浓度就相对较低, 冬季则与之相反;灰霾天数的变化与PM10和NO2的变化趋势相仿, 夏季灰霾天气出现较少, 秋冬季灰霾天气出现比较多;O3浓度的变化与以上的规律大致相反, 在气温较高、阳光较强的夏季浓度较高, 这现象可能与O3作为二次污染物的生成过程有关[2]。
2.2 PM10、NO2和O3与灰霾的相关关系
2.2.1 PM10、NO2和O3月均值与灰霾天数月比例相关性分析
通过对表1和表2提供的数据进行线性回归计算, 可得到PM10、NO2和O3月均值与灰霾天数月比例的相关系数 (见表3) 。
由表3可知:中山市的PM10、NO2月均值与灰霾天数月比例有较好的相关性, 特别是PM10, 2008年与2009年的相关系数基本相等, 表明中山市空气中的可吸入颗粒物PM10是灰霾天气的主要成因;O3月均值与灰霾天数月比例成负相关关系, 但相关水平较低。
2.2.2 霾日PM10、NO2和O3均值与非霾日比对及互相关系分析
把每个月霾日各个项目的日均浓度和非霾日的日均浓度分别统计平均值, 得到每个月的霾日浓度均值和非霾日浓度均值 (见表4) , 并进行比对分析。
由表4可知:PM10和NO2每个月的霾日浓度均值都比非霾日浓度均值高, 且比各自的月均浓度高, 说明PM10和NO2浓度比较高的日子同时也出现灰霾天气, 这进一步证明它们与灰霾天气的相关关系;PM10的霾日与非霾日浓度均值相差较大, 这也进一步表明中山市空气中的可吸入颗粒物PM10与灰霾天气的直接关系。
另外, 根据上表的数据, 统计分析O3和NO2在霾日的相关性, 两种污染物的霾日月均浓度相关系数为-0.6510, 两者有一定的负相关关系, 但相关水平不是特别高, 仅在日照较强的夏季里这种关系比较明显。可推测NO2是生成O3的重要前体污染物, O3在大气中的含量要受到大气中NO2含量的制约, 另一方面说明O3在大气中的含量还要受到由太阳辐射条件的控制[2];这也可以解释:VOC与氮氧化物在阳光照射下生成O3, 同时也会生成气溶胶和光化学烟雾, 灰霾天气与光化学有关, 作为二次污染物的O3与灰霾天气也有一定的关系, 但这种关系要在日照较强的夏季才明显, 而灰霾天气在秋冬季出现较多, 夏季较少, 因此总体上O3与灰霾天气的相关水平较低。
3 结语
(1) 中山市的空气污染物PM10、NO2和O3的浓度与灰霾天气有一定的季节变化规律, PM10和NO2在夏季浓度较低, 冬季较高, O3大致相反;灰霾天气夏季出现较少, 秋冬季出现较多。
(2) 中山市的PM10、NO2月均值与灰霾天数月比例有较好的相关性, 相关水平较高, 特别是PM10, 相关水平在0.9以上, 说明中山市的灰霾天气与空气中的PM10、NO2有较大的关系, 可吸入颗粒物PM10是灰霾天气的主要成因。
(3) 二次污染物O3与NO2有一定的负相关关系, 但相关水平不高, 可知O3与灰霾天气也有一定的关系, 但总体上相关水平较低。
参考文献
[1]张俊, 林楚雄, 孙杰, 等.深圳市环境空气质量与灰霾天气关系探讨, 第九届珠江三角洲区域空气质量监测技术研讨会.2007年11月26～27日 (香港) .