分析大氣顆粒物對(duì)能見度影響

閔如強(qiáng)　周麗

【摘要】全球陸地的大氣能見度在過去數(shù)十年間呈普遍降低的趨勢(shì)，其中亞洲的大氣能見度在過去十年降低幅度最大。霧霾是影響能見度的主要因素之一，隨著經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)生活的快速發(fā)展，霧霾天氣出現(xiàn)的范圍呈現(xiàn)出進(jìn)一步擴(kuò)散的趨勢(shì)，我國大部分地區(qū)的大中型城市均受到了影響，所造成的后果比較嚴(yán)重?；诖吮尘跋卤疚恼归_了大氣顆粒物對(duì)能見度影響的研究，希望能夠?yàn)閷?shí)際的治理工作提供經(jīng)驗(yàn)參考，以推動(dòng)我國環(huán)保事業(yè)的快速發(fā)展，為人與自然和諧相處做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。

【關(guān)鍵詞】霧霾；能見度；大氣粒顆粒；

1.大氣能見度的影響因素

懸浮在大氣中的氣溶膠顆粒通過散射和吸收而影響太陽輻射的傳輸，使其強(qiáng)度和傳輸方向發(fā)生改變，其中人們感受最為直觀的是能見度降低。大氣能見度定義為水平背景天空下人的肉眼可識(shí)別黑色目標(biāo)物體的最遠(yuǎn)距離。人的視線感知大氣中物體的能力取決于大氣中懸浮的顆粒和氣體的濃度，這是由于它們對(duì)光的散射和吸收效應(yīng)（包括將光散射至目標(biāo)物使其看上去像漂洗過的），導(dǎo)致目標(biāo)物體顏色的變化和對(duì)比度的降低。而且，云、霧和降雨也對(duì)能見度有影響。大多數(shù)霾是由于人為活動(dòng)所直接排放的顆粒物（即二次顆粒物）所引起。

而目前空氣質(zhì)量管理部門大多以基于能見度的氣象學(xué)判斷來識(shí)別霾過程。當(dāng)各種源排放產(chǎn)生的細(xì)顆粒物（即PM2.5）及其前體物共同導(dǎo)致打面積區(qū)域能見度低，即認(rèn)為發(fā)生了區(qū)域性顆粒物污染，亦即區(qū)域霾。在《霾的觀測(cè)和預(yù)報(bào)等級(jí)》中規(guī)定了霾的判試條件：能見度低于10.0km，排除降水、沙塵暴、揚(yáng)沙、浮塵、煙霧、吹雪、雪暴等天氣現(xiàn)象造成的視程障礙，相對(duì)濕度小于80%，判識(shí)為霾；相對(duì)濕度為80%-95%時(shí)，按照地面氣象觀規(guī)范規(guī)定的描述或大氣成分指標(biāo)標(biāo)進(jìn)一步判試。

大氣顆粒污染對(duì)能見度的影響體現(xiàn)在局地和區(qū)域兩種空間尺度上。局地?zé)熁蛭廴驹茍F(tuán)導(dǎo)致能見度降低。由于煙羽離開排放源的距離較短，因而影響局地能見度的主要是一次顆粒物。區(qū)域性的污染可導(dǎo)致霾延綿數(shù)十公里乃至數(shù)百公里。在大范圍廣泛分布的排放源對(duì)區(qū)域霾均有貢獻(xiàn)，并且由于滯留時(shí)間長，區(qū)域霾通常主要是由二次顆粒所致。

霧-天氣一般是靜穩(wěn)積累型重污染的表征，霧-發(fā)生時(shí)風(fēng)速小，濕度大，并伴隨有明顯的近地層逆溫，因而大氣污染物難以擴(kuò)散而逐漸積累，且有利于二次顆粒的形成，而導(dǎo)致細(xì)顆粒物濃度居高不下。霧和霾相互轉(zhuǎn)化，使細(xì)顆粒物在大氣中存留時(shí)間延長，更易造成持續(xù)的霾污染。在霧和霾相互轉(zhuǎn)化中，PM2.5作為凝結(jié)核而反復(fù)被利用，因而其作用被放大。因此，霧-霾污染的實(shí)質(zhì)是細(xì)顆粒物污染。

大氣顆粒物對(duì)能見度的影響與其粒徑、成分及其吸濕性、混合狀態(tài)等性質(zhì)有關(guān)。在大氣中主要是粒徑為0.1-2.0um的顆粒物通過對(duì)光的散射而降低物體與背景之間的對(duì)比度，從而降低能見度。在這一粒徑范圍的顆粒物種，二次SO4 2-和觀測(cè)網(wǎng)所測(cè)量的PM2.5化學(xué)成分和光學(xué)性質(zhì)，回歸其化學(xué)物種的質(zhì)量消光效率并重構(gòu)消光系數(shù)，稱為IMPRVE化學(xué)消光收支。

在IMPROVE消光算法中，被分配消光系數(shù)的各PM2.5化學(xué)組分并非直接測(cè)量的元素和離子

等成分，而是根據(jù)這些成分的含量所重構(gòu)的化合物，即為化學(xué)物種，包括（NH4）2SO4 、NH4、NO3、

顆粒物有機(jī)物（POM）、BC和礦物塵等。

2006年發(fā)布的IMPROVE報(bào)告基于對(duì)PM2.5化學(xué)物種及其消光系數(shù)重構(gòu)誤差的評(píng)估對(duì)消光算法進(jìn)行了修正：考慮到觀測(cè)到的組分的干質(zhì)量散射效率隨其濃度的增加而增加，將（NH4）2SO4、NH4、NO3和POM按粒徑大小分為兩個(gè)模式并賦予不同的質(zhì)量消光效率和吸濕增長因子（對(duì)POM仍注意的是ROC可隨季節(jié)性變化的主導(dǎo)排放和氣粒轉(zhuǎn)化，甚至隨氣團(tuán)來向等的變化而不同；今年來基于高分辨率飛行時(shí)間質(zhì)譜儀的研究支持對(duì)ROC取較高的值。

根據(jù)IMPROVE消光算法，消光主要是由硫酸鹽和POM所造成，尤其是前者；而在西部多數(shù)地區(qū)，硫酸和POM都很重要；而在南部地區(qū)如加利福尼亞，則是硝酸鹽對(duì)消光起主導(dǎo)作用。在西北部根據(jù)強(qiáng)化觀測(cè)其結(jié)論認(rèn)為PM2.5中的POM是消光的主要貢獻(xiàn)者，其次是硫酸鹽；在消光最大期間，POM、硫酸鹽和BC起主導(dǎo)作用；反之在其最小時(shí)，POM和硫酸鹽起主導(dǎo)作用。

2.中國關(guān)于大氣顆粒物對(duì)能見度的影響研究

在中國，部分研究比較了霾與非霾期間不同地區(qū)PM的化學(xué)組分、單顆粒的理化特征及氣態(tài)前體物的變化特征等。綜述了霾引起能見度下降的原因和機(jī)理，介紹了能見度的測(cè)量方法、國內(nèi)外研究方向及霾治理措施。其研究認(rèn)為形成的原因只要有兩個(gè)：一是特殊的地形或者氣象條件使氣流停滯。二是有過量的大氣污染物排放；當(dāng)天氣條件不利于污染物的稀釋擴(kuò)散，污染物排放超過環(huán)境容量時(shí)，即會(huì)出現(xiàn)霾。

3.大氣顆粒物對(duì)能見度的影響危害分析

自20世紀(jì)世紀(jì)70年代以來，大氣顆粒物對(duì)能見度的影響就一直是環(huán)保部門關(guān)注的問題之一。盡管在大氣中只占很少的一部分，但顆粒物對(duì)城市大氣光學(xué)性質(zhì)的影響可達(dá)99%。大量的研究表明PM2.5 與能見度密切相關(guān)。大氣能見度主要是由大氣顆粒物對(duì)光的散射和吸收決定的：

散射作用：空氣分子對(duì)光的散射作用很小，其最大的視距（極限能見度）為100—300Km（具體數(shù)值與光的波長有關(guān)）。在實(shí)際的大氣中由于顆粒物的存在，能見度一般遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于這一數(shù)值：在極干凈的大氣中能見度可達(dá)30Km以上；在城市污染大氣中能見度可在5Km左右甚至更低；在濃霧中能見度只有幾米。在大氣氣溶膠中，主要是粒徑為0.1-1.0微米的顆粒物通過對(duì)光的散射而降低物體與背景之間的對(duì)比度，從而降低能見度。在這一粒徑范圍的顆粒物中，含有so4-2的粒子和含有NO3-的粒子最易散射可見光。

吸收作用：PM2.5對(duì)光的吸收效應(yīng)幾乎全部是由碳黑（也稱元素碳）和含有碳黑的顆粒物造成的。盡管全世界每年排放的碳黑僅占人為顆粒物排放量的0.2-1.0%和全部顆粒物排放量的0.2-1.0%，但其引起的消光效應(yīng)卻要高得多，在某些地方甚至可以使能見度降低一半以上。

4 提高能見度，污染防治措施有：

主要從六個(gè)方面著手，一是要控制源頭，不能在城市上風(fēng)向建大氣污染重的企業(yè)，要淘汰落后的工藝和設(shè)備；二是要對(duì)大氣污染嚴(yán)重的企業(yè)進(jìn)行治理，做到少排廢氣；三是提倡使用天然氣、水電、風(fēng)能、核能和太陽能等清潔能源，盡量少使用煤炭、重油和廢料等污染重的燃料；四是要發(fā)展公共交通，減少車流量，提高機(jī)動(dòng)車輛污染排放標(biāo)準(zhǔn)；五是要控制生活污染，餐飲油煙機(jī)要定時(shí)清洗，干洗機(jī)要封閉操作，通過灑水作業(yè)等方式防止建筑和道路揚(yáng)塵；六是要注意農(nóng)業(yè)農(nóng)村污染，不能露天燒秸稈和垃圾，少用農(nóng)藥和化肥，多種樹。

5 結(jié)語

綜上所述，我國目前對(duì)大氣污染物的成因以及來源研究已經(jīng)取得了初步的成果，相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)也已經(jīng)出臺(tái)，對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)具有明確的指導(dǎo)和約束作用，相信隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，大氣污染現(xiàn)象將會(huì)得到有效的治理，居民的生活環(huán)境也將會(huì)得到有效的改善。

參考文獻(xiàn)：

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