城市大气中PM

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摘要：论述了控制城市大气中PM-2.5污染的意义；在剖析PM-2.5组成与来源的基础上，分析了控制PM-2.5的途径，并对今后的研究提出了一点看法。
关键词：城市大气，PM-2.5，二次粒子，能见度，气溶胶。

PM-2.5是指由固体粒子和液态粒子混合组成的、粒径小于2.5微米的细粒子。PM-2.5气溶胶是典型的大气累积性的复合污染形态。PM-2.5气溶胶的复合污染作用往往超过传统的大气污染物，日益成为表征城市大气污染的首要指标(彭应登，1999)。剖析PM-2.5的组成与来源、分析PM-2.5控制的有效途径，对治理城市大气污染的近期目标和长远目标均有积极意义。

1.PM-2.5控制的意义

1.1PM-2.5是导致城市人为能见度下降的祸首

光波在大气中传播时，因受气溶胶和气体分子的散射和吸收而削弱。光的强度按指数律衰减，对波长为λ的单色光有：

Iλ=Ioλexp[-∫[SUB]o[/SUB]Rbλ(r)dr]

式中Iλ为衰减后的光强度；Ioλ为入射光强度；R为光传播距离；bλ(r)为传播路径上的消光系数。大气消光系数是气溶胶消光系数和气体分子消光系数之和。在低层大气中气溶胶粒子的消光效应远大于空气分子的消光系数。能见度与平均大气消光系数之间有关系式：

R=3.912/b

式中R为水平能见度(公里)；b为白光的大气消光系数(公里-1)。低层大气中影响能见度的大气粒子可分为以下三类模态：

①.核粒模态：0.005微米—0.1微米
②.积聚模态：0.1微米—2.5微米
③.粗粒模态：2.5微米—100微米

在以上三类粒子中，粒径小于2.5微米的粒子(PM-2.5)的消光作用远大于粒径在2.5微米以上的粒子。在小于2.5微米的粒子中，粒径在可见光波长范围(0.4微米—0.7微米)内的气溶胶粒子的消光作用最强。PM-2.5的化学组分主要包括硫酸铵(亚硫酸铵)、硝酸铵、有机炭、炭黑和灰尘等五类。大气消光系数与这些大气污染物浓度之间的关系可表达为：

be=br ∑βiCi

式中be为消光系数；br为天然大气分子对光的散射(使天空呈现蓝色)；βi为i类污染物粒子的消光率(m2/g)；CI为I类污染物粒子的浓度(ug/m3)。研究表明(Malmetal.，1996)，上式还可近似地表达为：

be=br 3f(RH)[硫酸铵浓度] 3f(RH)[硝酸铵浓度] 4[有机碳浓度] [土壤粒子浓度] 0.6[粗粒子浓度] ba

式中f(RH)为随相对湿度而变化的散射率；ba为吸光系数(主要是炭黑的吸光作用)。由此可知，在影响大气能见度的粒子中，二次粒子占有重要的的地位。此外，二次粒子的消光作用与大气的相对湿度密切相关。二次粒子在水滴的作用下能相互凝结成粒径较大的粒子(0.3微米—1.5微米)，从而对可见光(波长为0.4微米—0.7微米)的散射作用增强。在大气相对湿度大于70时，二次粒子散射率增加的现象就更为明显(RogersandWatson，1991)。二次粒子散射率随相对湿度变化函数可表达为：

f(RH)=bs(RH)/bs(0)

式中bs(RH)为相对湿度大于0时的湿散射率；bs(0)为相对湿度为0时的干散射率。在美国，由于东部的相对湿度较高(年平均为70-80)，西部的相对湿度较低(年平均为50-60)，加上东部地区硫酸铵(亚硫酸铵)的水平较高，结果导致东部地区的能见度明显低于西部地区(OAR，1996)。

由此可知，在影响大气能见度的粒子中，PM-2.5占有极其重要的主导地位。由于PM-2.5的原因，美国大部分地区的能见度只有天然能见度的30。在美国的许多地方(例如国家森林公园和自然保护区)，尽管大气中常规的污染物指标均达到规定的标准，但仍被能见度的问题所困扰。所以在1985年，美国在联邦层次建立了保护能见度的多部门监测计划(IMPROVE)，并从1987年开始在全国20个一类地区陆续采集数据。从1991年开始，美国的一些地方政府也加入了能见度的监测行列。在这些长期的监测计划中，PM-2.5是核心的监测指标。

1.2PM-2.5是城市大气污染物中损害人体健康的元凶

我国1996年颁布的空气质量标准规定中新增加了PM-10(粒径小于10微米的颗粒物