大气细微颗粒物的环境及健康影响

大气细微颗粒物的环境及健康影响

——聚焦大气棕色云

XXX学院XXX 学号XXXXXX

摘要：大气颗粒物是影响城市空气环境质量的重要因素，尤其在城市近地面环境，即人呼吸带高度周围，大气颗粒物对人类健康有至关重要的影响。而城市近地面环境与人呼吸带高度范围相当，近地面大气颗粒物对行人健康有直接影响。而其中可吸入颗粒物已经逐渐成为我国许多大中城市的首要空气污染物。庞大的棕色云团正在世界各地损害人们的呼吸系统,影响全球变暖,甚至加剧洪灾和旱灾。

关键字：大气颗粒物灰霾PM2.5 PM10 棕色云环境污染人体健康

一、大气颗粒物概况与现状分析

1.什么是大气颗粒物

大气棕色云又称灰霾、大气灰霾，在中国气象局的《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。

细颗粒物又称细粒、细颗粒、PM2.5。细颗粒物指环境空气中空气动力学当量直径小于等于2.5 微米的颗粒物，也称PM2.5、可入肺颗粒物。它能较长时间悬浮于空气中，其在空气中含量（浓度）越高，就代表空气污染越严重。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，表面积大，活性强，易附带有毒、有害物质（例如，重金属、微生物等），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。2013年2月，全国科学技术名词审定委员会将PM2.5的中文名称命名为细颗粒物。细颗粒物的化

学成分主要包括有机碳（OC）、元素碳（EC）、硝酸盐、硫酸盐、铵盐、钠盐（Na+）等。

2.形成大气颗粒物的原因

第一，燃煤、机动车、工业、扬尘等这些污染源的污染物排放量大，是造成此次空气严重污染的根本原因。导致空气质量下降的污染物有二氧化硫、二氧化氮、一氧化碳、可吸入颗粒物、臭氧等。在一些地区，尤其是大城市，工业生产、机动车尾气、建筑施工、冬季取暖烧煤等排放的有害物质难以扩散，导致空气质量显著下降。

第二，扩散条件不利。近期极端不利的污染扩散条件是形成本次污染过程的直接原因。一是这些地区近地面空气相对湿度比较；二是没有明显冷空气活动，风力较小，大气层比较稳定；三是天空晴朗少云，有利于夜间的辐射降温，使得近地面原本湿度比较高的空气饱和凝结形成雾。

第三，区域污染和本地污染贡献叠加。PM2.5是比PM10更小的细颗粒物，它的一次生成，基本来源于工业排放和面源污染。建设项目增多，也是造成PM2.5浓度居高不下的原因。另外，PM2.5污染区域性以及相关联区域污染传输，也是形成本次重污染的重要因素。

3.当前现状分析

进入21世纪以来，我国雾霾天气发生的频率和严重程度有增加的趋势。目前，我国已形成了九大霾区，其中最为严重的包括京津冀地区及其周边的山东、河南等地的华北霾区、长三角为主的华东霾区、珠三角为中心的华南霾区以及四川盆地的西南霾区。基于2011年全国灰霾十点监测结果以及天津、上海、重庆、南京、苏州、宁波、深圳、广东、广州等监测站的监测结果，各城市发生雾霾天数占全年天数比例介于9.3%~53.4%之间。各试点城市PM2.5超标天数比例介于4.7%~27.7%。试点城市超标状况较为严重，2013年1月10~17日，我国中东部地区出现了大规模雾霾天气，其持续时间之长、覆盖范围之广、污染程度之重都属罕见。一条深褐色的“污染带”由东北往中部斜向穿越我国大部地区，其中污染点位最密集的在京津冀地区。根据环保部门的监测数据，PM2.5

的严重超标覆盖了从京津冀到长三角再到珠三角地区这样一个广阔的范围内，覆盖范围近270万平方公里，影响人口约6亿。中国环境监测总站网站1月12日公布的全国重点城市空气质量24小时均值显示，北京的可吸入颗粒物浓度为786μg/m3，天津的可吸入颗粒物浓度为500μg/m3，石家庄的可吸入颗粒物浓度为960μg/m3。空气质量指数为6级，属于严重污染。而在部分地区，PM2.5的最高测试值甚至超过1000μg/m3

二、大气颗粒物对环境的影响

虽然大气颗粒物只是地球大气成分中含量很少的组分，但对环境的危害极大。轻者污染建筑物表面,影响市容,重者对能见度、温度等均产生重要影响。

1.对能见度的影响

自20世纪70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。尽管在大气中只占很少的一部分，但颗粒物对城市大气光学性质的影响可达99％。大量的研究表明， PM10和PM2.5的性质与能见度的降低密切相关。能见度的降低主要是由于气体分子与颗粒物对光的吸收和散射减弱了光信号，并由于散射作用减小了目标物与天空背景之间的对比度而造成的。

1.1对光的散射效应

光的散射是能见度降低的最主要因素，颗粒物的散射能造成60％-95 ％的能见度减弱。空气分子对光的散射作用很小，其最大的视距（极限能见度）为100-300KM（具体数值与光的波长有关）。在实际的大气中由于颗粒物的存在，能见度一般远远低于这一数值：在极干净的大气中能见度可以达到 30KM以上；在城市污染大气中能见度在 5M左右甚至更低；在浓雾中能见度只有几米。在大气气溶胶中，主要是粒径为0.1um-1um 的颗粒物通过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。

1.2对光的吸收效应

PM10和PM2.5 对光的吸收效应通常是使能见度降低的第二大因素。而 PM10

和PM2.5 对光的吸收几乎全部都是由炭黑（也称元素碳）和含有炭黑的颗粒引起的。每年，世界上排放的炭黑的量占人为颗粒排放量的 1.1％-2.5％，占全部颗粒排放量的0.2％-1.0 ％。但是，它们的消光效应却是不可忽视的，因为煤烟的总消光系数是透明颗粒的2-3 倍，所以大气中少量的煤烟颗粒就可以导致光强降低很多。这些光吸收颗粒物可能会使某些地方的能见度降低一半以上，还可形成烟雾而使城市呈褐色。

2.对温度的影响

由于颗粒物的存在，直接阻挡太阳光抵达地球表面，这样使可见光的光学厚度增大，抵达地面的太阳能通量剧烈下降，从而使地面温度降低，高空的温度增高。特别是直径在 0.1-5um的颗粒，通过散射与吸收太阳与地球辐射在大气能量平衡中起着重要作用。资料表明，当PM10 浓度达100ug／m³时，到达地面的紫外线减少 7.5％；当为600ug／m³时，到达地面的紫外线减少42.7％；当为1000ug／m³时，到达地面的紫外线减少 60％。Rasool 等估计，全球本底不透明度增加四倍，将使全球温度降低3.5℃之多，这么大的降温幅度如维持若干年，相信足以引起一个冰河期。

3.对降水酸碱度及其缓冲能力的影响

大气颗粒物对降水有不可忽视的影响。颗粒物中凝结核的成云作用和降水对颗粒物的冲刷作用均可以使颗粒物进入降水或云水中。同时，云水在空中迁移流动过程中也会吸收空气中的颗粒物，其中的各种化学成分进入云水或降水体系后，会发生一系列的复杂变化，并影响或决定云水和降水的污染性质。颗粒物影响和决定降水化学性质的一个重要方面是它的酸碱性质和对酸的缓冲能力。据周福民等对北京中关村气溶胶的研究认为，气溶胶的酸性组成主要分布于粒径1.5um以下的细粒子中，且气溶胶的酸性与细粒子中的硫酸根和氨根离子有良好的相关性。王玮等认为，近地面大气气溶胶中粒径较大的粒子比较多，这些粒子主要来源于风沙扬尘和土壤颗粒。通常上述粒子含有较多的碱性物质，所以具有一定的碱性，可在一定程度冲降水中的酸性物质。反之，空中大气气溶胶中粒径较小的细粒子相对较多，这些粒子主要来源于燃料燃烧等人为活动，其中含有经过酸性污染物SO4和NOX转化形成的硫酸盐和硝酸盐，所以，这部分粒子通常