PM2.5文献综述

大气中PM2.5扩散模型的建立与求解

摘要：大气中细颗粒污染物PM2.5（含量）超标，导致环境污染严重，在很大程度上危害着人类的健康，研究其扩散模型及制定治理方案变得尤为重要。拟从形成PM2.5的水溶性离子，颗粒有机物，以及微量元素入手，建立回归模型获取相关系数，进而获取AQI中的其他基本检测指标同PM2.5的相关性并对其相关性进行分析。在处理PM2.5的分布与演变过程中，建立二维衰减扩散模型，依据获取的数据，考虑风力、湿度和季节等因素，对某监测点的数据进行定量与定性的分析。

1.前言

1.1背景

经过多年的经济快速发展、城市扩张和人口增长，我国城市大气污染当前由烟煤型转变为烟煤与油烟并重的复合型，大气污染物复杂且多样，全国已形成“三区十群”大气污染中心，城市环境空气质量管理面临更大的挑战。PM2. 5 是大气中的主要污染物之一，也是引起环境、气候变化的重要因素，更是在不利的气象条件下大气雾霾污染的主要成因。2013 年 1 月，灰霾或雾霾天气侵袭大半个中国，最严重时大气污染物覆盖面积高达130 多万平方公里，多个城市出现持续性重度或严重污染，部分城市能见度低于500 m，PM2. 5 指数超过900 μg /m3［1］。PM2. 5 粒径小、表面积极大，极易吸附大量的有毒、有害物质和强致癌物，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。加之人体的生理结构决定了对PM2. 5没有任何过滤、阻拦能力，而PM2. 5 吸附的有害气体、多环芳烃类强致癌物、二口恶英类、重金属等能溶解在血液中，因此随着医学技术的进步，PM2. 5 对人类健康的危害逐步暴露出更加恐怖的一面，越来越受到公众和媒体的密切关注。

1.2 PM

2.5相关知识

1.2.1 PM2.5的定义

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。它的直径还不到人的头发丝粗细的1/20。虽然PM2.5只是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。与较大的大气颗粒物相比，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。2012年2月，国务院同意发布新修订的《环境空气质量标准》增加了PM2.5监测指标。

PM，英文全称为particulate matter(颗粒物)。科学家用PM2.5表示每立方米空气中这种颗粒的含量，这个值越高，就代表空气污染越严重。可吸入颗粒物又称为PM10，指直径大于2.5微米、等于或小于10微米，可以进入人的呼吸系统的颗粒物;总悬浮颗粒物也称为PM100，即直径小于或等于100微米的颗粒物。

1.2.2 PM2.5的来源

PM即Particulate Matter，PM2.5则指的是空气中由固态粒子和液态离子混合而成的粒径小于2.5微米的细粒子。它的直径甚至不足头发的1/20，而且其上经常存在一些对人体有害的化学成分和病毒，这导致PM2.5很容易进入人体内部，并带入化学物质和病毒，从而对人体造成伤害（见表一）。它主要来源有以下几种：

一，道路、建筑源及农业产生的扬尘。它所带来的细粒子主要是尘土性微粒，而且，在冬季扬尘而产生的细粒子就会大大减少。

二，煤炭、石油的燃烧。不同于扬尘，这种方式产生的细粒子在冬季也不会减少，反而会因为居民需要供暖等原因而增加。

三，生物质的燃烧，如麦秸燃烧、农村家庭厨房燃料等。由于秋季农户会燃烧麦秸，这类细粒子主要在秋季产生较多。

四，机动车排放。在各大城市中，机动车的排放量很大，一部分PM2.5也就由此产生。

五，在空气中形成的二次污染物。在雾霾天气中，SO2等污染气体会经过光化学反应变为硫酸盐、硝酸盐等硫酸根、硝酸根粒子。

表一北京市细粒子6类主要来源中重要性较高和较低的化学成分

来源重要性较高的化学成分重要性较低的化学成分

Ca、Mg、Al、Na、Fe EC、有机物

地面扬

尘

建筑源Ca 有机物

生物质燃烧K、有机物

二次源SO24- 、有机物EC

机动力排放EC、有机物、Pb 燃煤EC、有机物、

SO24 -

SO24 - 、Cl -

以北京市为例，见图一，PM2.5主要由硝酸盐、硫酸盐、铵盐、钠钾钙、有机碳、元素碳、氯和其他物质组成,根据季节不同各个成分也会有变化。可以发现，其中许多化学成分，这些成分被人体直接呼入后就会对人体造成危害。Array

图一：不同季节北京市PM2.5的化学组成

PM2.5相比PM10，二者来源基本相同，但PM2.5中二次颗粒物所占比例较大。北京市环保局表示，发达国家发展过程中分阶段出现的煤烟污染、机动车尾气污染等问题，在北京近些年集中显现。研究表明，北京PM2.5约60%来源于燃煤、机动车燃油、工业使用燃料等燃烧过程，23%来源于扬尘，17%来源于溶剂使用及其他。不同地区各染源贡献率有所不同，如表二：

表二：各城市PM2.5 污染源贡献率（%）

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。

一般而言，粒径2.5微米至10微米的粗颗粒物主要来自道路扬尘等;2.5微米以下的细颗粒物(PM2.5)则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。

1.3 PM

2.5的危害

和单纯的雾相比，“霾”是空气遭受污染的产物，所以霾天气比雾天更危害人体健康。近年来，受全球气候异常的影响，我国北方地区干旱日重，加上城市温室气体的大量排放，出现霾天气的日子呈上升趋势。专家研究发现，由细颗粒物造成的灰霾天气对人体健康的危害甚至要比沙尘暴更大。

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