为什么今天的PM2.5浓度比往常高这么多?为什么早上看起来雾蒙蒙的,到了中午空气又变好了呢?为什么冬天会出现连续的雾霾天气,而夏天却天朗气清呢?想知道是哪些因素影响了PM2.5的浓度吗,或许可以从这篇文章中找到答案。

PM2.5最主要的来源来自人类的生产和生活。从目前各省公布的污染源结果来看,燃煤、机动车尾气、工业污染、扬尘是PM2.5的主要来源。除此之外,秸秆和垃圾燃烧、餐饮油烟、畜禽养殖、建筑涂装及海盐粒子等其它排放对PM2.5也有一定贡献。除污染源外,气象、地形条件等也会对城市空气质量产生重要影响。

一、污染源排放

PM2.5的排放分为一次污染源和二次污染源。一次污染源主要是由石化燃料(石油、煤炭等)、生物质燃料(秸秆、木材)的燃烧、扬尘等直接产生的PM2.5颗粒。二次污染源主要是由化石、生物质燃料燃烧产生的挥发性有机物(VOCs)、氮氧化合物、二氧化硫、碳氢有机物、硝酸盐等通过化学反应与大气中的微粒结合而产生的PM2.5颗粒。

对于某一区域来说,其污染源分布一般比较固定,污染物排放也是相对固定的,短时间内不会出现特别明显的变化。但随着季节的更替、人类生产生活的变化,部分污染源对PM2.5的贡献量也会出现不同程度的浮动。

1、采暖期燃煤取暖

冬季,本地污染物排放浓度高、强度大,尤其是北方地区气温偏低,多采用煤炭取暖,燃煤量显著升高,排放的煤烟粉尘及氮氧化物、硫氧化物等在逆温层天气下蓄积不散,并通过大气反应形成大量颗粒物。这也是冬季PM2.5浓度居高不下的重要原因之一。

2、机动车尾气排放增加

相比夏季,冬季由于气温降低,使得汽车发动机工作循环的气体压力与温度不高,混合气体的燃烧速度减慢,或是遇到堵车发动机低速运转,燃料燃烧不充分,机动车尾气排放增加,从而导致PM2.5及其前体物(二氧化硫、氮氧化物、VOCs等)的排放量增加。每天上下班的高峰期也是一天中PM2.5浓度最高的时段

3、沙尘暴

春季北方PM2.5浓度中也有沙尘暴的一份“贡献”。虽然沙尘暴的主要组成部分是PM10颗粒物,但其中也夹杂着一部分的PM2.5,同时强风把地面大量沙尘物质吹起并卷入空中,与空气中的二氧化硫、氮氧化物等气体结合,会加速二次颗粒物PM2.5的形成。

4、秸秆燃烧

华北、东北春秋季节,西南、长江中下游地区夏秋季节,正是农作物收获时期,此时焚烧秸秆就成为污染各地空气质量的最大威胁。秸秆焚烧时,大气中二氧化硫、二氧化氮和PM2.5指数将达到高峰值,其中二氧化硫的浓度比平时高出1倍,二氧化氮、PM2.5的浓度比平时高出3倍。这些有害颗粒物极易下沉,加上当地地面湿度大,水汽充分,下沉到地面形成了雾霾。

秸秆焚烧并非空气污染的主要来源,从全国而言,其产生的PM2.5不到PM2.5总量的5%。但由于秸秆是在1、2天时间内集中焚烧,在污染最重的一天,秸秆焚烧产生的PM2.5可能占当天空气中PM2.5量的30%、40%。

5、餐饮油烟

餐饮油烟虽不是PM2.5的主要来源,但对PM2.5肯定是有贡献的,只是占比相对较小。中国人习惯在烹饪过程中采用炸、炒、煎、烤等工艺,很容易制造大量的油烟气溶胶。甚至在中国很多地区,还在保持用煤炭和柴火烧饭的传统,由此产生的污染排放恐怕的确是空气污染中不可小觑的因素。

餐饮油烟对空气污染的影响在夏季比较明显。此前北京市环保局统计表明,在夏季北京城区PM2.5污染源中,烹饪源能占到15%至20%左右。吃烧烤似乎已成为市民夏夜生活的一部分,然而,露天烧烤由于缺乏规范化的管理和排烟设备不够正规,燃料多为木炭,在烹饪时会释放大量的一氧化碳、二氧化碳和油雾,与空气中的尘埃结合,形成PM2.5颗粒物。

二、气象条件

在污染源相对稳定的情况下,城市的空气污染在很大的程度上也会受到当地气象和地形条件的影响,不同气象及地形对于区域环境的影响是显而易见的。

1.、逆温

论气象条件对PM2.5浓度变化的影响,逆温起到关键作用,这点在秋冬季尤为明显。什么是逆温?通常情况下,气温随着海拔升高而降低,下层空气较热,上层空气较冷,冷空气重会下沉,热空气轻会上浮,就形成了对流。但在某些时候,比如秋冬季夜间,因为地面温度急剧降低,导致贴近地面的下层大气温度很低,上层空气降温没那么快,反而温度比下层高,发生“气温的逆转”现象。这种下冷上热的逆温层结一旦形成,空气无法上下对流,污染物就很难扩散。

冬季地面对于大气是冷源,尤其是夜间辐射降温明显,近地面的大气温度比上层大气温度低,造成大气层结稳定,空气无法上下对流,这也是为什么逆温一般出现在夜间和早晨的原因。逆温层的形成使得污染物就很难扩散,并且不断积累,导致一次排放和二次转化成的PM2.5在近地面大气中逐渐累积,加重雾霾现象。而夏季则相反,地面对于大气是热源,大气垂直运动活跃,加上气旋(温带气旋&热带气旋)活动频繁,就不易出现逆温现象。

2、降水

降水对颗粒物有很显著的清除作用,是短时间内降低PM2.5浓度的有效方法之一。但也不是说一下雨空气质量就会变好,这里还要考虑到降水量、降水持续时间等。

以夏冬季的天气状况为例,对比这两个季节,我们可以明显感受到,夏季的雾霾天数相比冬季要少得多,因为降水起到非常重要的作用。

夏季气旋(温带气旋&热带气旋)活动频繁,水汽输送好,利于产生降水,降水频繁且降雨量大,使得一部分颗粒物被冲刷到地面,另外部分还可以作为云凝结核和雨滴凝结核,有利于PM2.5的扩散和清除,因而一年中夏季的PM2.5浓度最低

而与夏季的暴雨相比,秋冬季气团干燥,不利于形成降水,降雨量少且持续时间较短,风速和风力较小,对空气中污染物的冲刷效果不明显,只能起到增加空气湿度的作用。潮湿的空气会给悬浮的污染物“穿上”一层“水衣”,更易造成污染物累积。此外,刚下雨雪或下小雨、小雪时,空气质量并不能立刻改善;无风无雨雪的降温天气,也会因冷空气带来的颗粒物,导致污染更严重。

3.、风力

风速的大小决定了对污染物冲淡稀释作用的大小。一般情况下随着风速的增大,单位时问内从污染源排放出来的污染物被很快地拉长,这时混入的大气量越多,污染物浓度越小,因此在其他条件不变的情况下,污染物浓度与风速成反比。

风速小,污染物不易扩散;但是风速过大,地面起尘也会使污染变得较严重。只有在相对适宜的风速范围内,污染物才能很好地得以扩散,近地面空气质量达到最好。

根据陈暧等的《北京市区大气气溶胶PM2.5污染特征及颗粒物溯源与追踪分析》研究发现:在非沙尘期间,PM2.5质量浓度随风速的增大而降低,这是因为风速越大,大气湍流强度越大,对污染物扩散稀释的能力越强,导致PM2.5质量浓度下降。但是在沙尘天气下,当风速达到15km/h以上时,PM2.5质量浓度随风速的增大而升高,因为此时沙尘颗粒物较多,地面起尘会加速PM2.5颗粒的形成。

据此可以推断出:速度大于15km/h的风可能卷起更多沉积于城市地表的颗粒物,甚至有可能因高风速使得颗粒物相互碰撞加剧,裂变为细一级的粒子,使得PM2.5质量浓度增大,此时风速与细粒子质量浓度表现出正相关。总的来说,风速低于某一限值如15km/h,PM2.5的浓度随风速的增大而减小,反之浓度则上升。

三、地形条件

“封闭式地形”

除气象条件外,地形条件也是影响PM2.5浓度的一个不可制约因素。像北京、杭州等城市,三面环山,地形呈典型“簸箕状”,容易形成静风逆温等不利气象条件,大气污染物扩散条件差,特别是秋冬季节易出现连续静稳大雾天气,进而引发中、重度污染。

以北京为例,北京中间没有大河流穿越,也没有大片草地,地势北高南低,三面环山。北京南边的河北天津这两个地方的污染排放量非常大,占据了全国排名的前几名,这些污染物会通过南风飘散到北京。除此之外,北京南边还有两个重要的传输通道,一条在西南,一条在东南。北京周边工厂排放的物质从这两条通道进京后,如果有南风,污染物就会加速进入北京,然后被三面环山的地形困住,形成无法消散的污染,如果没有北方过来的冷空气,就会造成长时间的空气污染。

如何判断当天PM2.5浓度高的原因

平时空气质量都比较好,突然有一天出现比较严重的雾霾天气(不是连续的),你可能会疑惑到底是什么原因导致的,此时就可以根据以上条件进行判断:

首先可以排除一些固定的污染源,如燃煤、机动车尾气、烹饪油烟、地形条件,因为受这些因素影响,雾霾天气一般都是持续性的;然后再看看当天有没有沙尘暴或是附近地区有秸秆燃烧现象;如果以上污染源条件都不存在的,那就可以从气象状况进行判断:

①近期的温差是不是比较大,气温条件是否会导致逆温;

②当天有无降水,如果有降水,是不是风力和降水量都很小,雨下一会就停了;

③如果没有降水,闷热湿度大,又没有风的条件下也可能导致雾霾天气。

如果仔细观察每天的PM2.5数值变化,会发现,除了特殊天气情况外,一般早晚两个时段的PM2.5浓度比较高,午后最低,在冬季尤为明显。这主要受两个条件影响,汽车尾气排放和逆温。通常而言,每天上午的8时到10时,下午的6时到晚上8时,这正是每天上下班的高峰期,汽车尾气排放量大,同时这两个时段也正是太阳升起/降落的时候,近地面的大气温度比上层大气温度低,容易出现逆温现象。下午出现浓度低值是因为光照强,上下大气层温差大,容易形成对流,有利于污染物向高空扩散。



相关参考文献:

[1]王玮,汤大钢,刘红杰等.中国PM2.5污染状况和污染特征的研究[J].环境科学研究,2000,Vol.13,No.1.

[2]徐敬,丁国安,颜鹏等.北京地区PM2.5的成分特征及来源分析.应用气象学报,2007,Vol.18,No.5.

[3]不同季节PM2.5的浓度变化有什么特征,中国环保网,2013年11月18日.

来源:绿色呼吸

时间:2014-09-02 10:26:42

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