雾霾——我国新的环境污染问题及其研究概况

1雾霾——我国新的环境污染问题及其研究概况张亚平厦门市疾病预防控制中心2014.92内容一、雾霾简介二、我国雾霾的污染状况三、雾霾形成的原因四、雾霾对健康危害简介五、对雾霾的相关研究概况六、雾霾治理相关行动3一、雾霾简介1.1雾霾•霾（mái），也称阴霾、灰霾（烟霾），是指原因不明的因大量烟、尘等微粒悬浮而形成的浑浊现象。在气象学中霾是一种天气现象，指空气中的灰尘、硫酸、硝酸、有机碳氢化合物等大量极细微的干尘粒子均匀的浮游在空中，使空气浑浊，视野模糊并导致能见度恶化，如果水平能见度小于10000米时，将这种非水成物组成的气溶胶系统造成的视程障碍称为霾或灰霾。4一、雾霾简介•雾霾，是雾和霾的组合词。雾霾常见于城市。中国不少地区将雾并入霾一起作为灾害性天气现象进行预警预报，统称为“雾霾天气”。•雾霾是特定气候条件与人类活动相互作用的结果。高密度人口的经济及社会活动必然会排放大量细颗粒物（PM2.5），一旦排放超过大气循环能力和承载度，细颗粒物浓度将持续积聚，此时如果受静稳天气等影响，极易出现大范围的雾霾。51.2PM2.5——细颗粒物•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。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，面积大，活性强，易附带有毒、有害物质（例如，重金属、有机物、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。6PM2.5主要来源有哪些？•PM2.5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。•PM2.5和PM10来源基本相同，但PM2.5中二次颗粒物所占比例较大。PM2.5不是一种单个的空气污染物，而是由来自许多不同的自然污染源中的大量不同化学成分组成的一种复杂而可变的污染物。就产生过程而言，PM2.5可以是由污染源直接排出(称为一次颗粒物或一次粒子)，也可以是各污染源排出的气态污染物在大气中经过复杂的化学反应而生成的(成为二次颗粒物或二次粒子)。7PM2.5的来源8PM2.5主要来源有哪些？•北京的PM2.5源解析结果显示：北京的PM2.5大概22%以上是机动车排放的；近17%是燃烧煤炭如电厂、锅炉、散煤排放的；16%是扬尘排放的；还有16%是工业喷涂挥发如汽车喷漆、家具喷漆产生的；4.5%是农村养殖、秸秆焚烧产生的；还有24.5%不是北京产生的污染，主要来源于天津和河北。根据近几年我国部分城市大气颗粒物源解析研究结果，扬尘一般占城市大气颗粒物总量的30%以上，燃煤尘占16%以上，汽车尾气一般占10%以上。这三种大气颗粒物含量超过总量的50%。9一、雾霾简介•对于能见度差的天气，一般来说，当相对湿度大于90%时出现的是“雾”，相对湿度小于70%时出现的是“霾”。而出现霾时，能见度少于10公里的就属于灰霾现象，5-8公里属于中度灰霾现象，少于3-5公里属于重度灰霾现象，少于3公里则是严重的灰霾现象。10一、雾霾简介•灰霾又称大气棕色云、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。11一、雾霾简介12一、雾霾简介1314卫星照：北京上空的阴霾景象。卫星照：天空明朗的华北平原地区。15•雾霾沉沉，高处有蓝天。想在郑州呼吸新鲜空气，得到离地面千米的空中。1617一、雾霾简介1.3雾和霾的区别•霾与雾的区别在于发生霾时相对湿度不大，而雾中的相对湿度是饱和的(如有大量凝结核存在时，相对湿度不一定达到100%就可能出现饱和）。•出现雾时空气潮湿；出现霾时空气则相对干燥，空气相对湿度通常在70%以下。181.3雾和霾的区别•雾是由大量悬浮在近地面空气中的微小水滴或冰晶组成的气溶胶系统，多出现于秋冬季节，是近地面层空气中水汽凝结（或凝华）的产物。雾的存在会降低空气透明度，使能见度恶化，如果目标物的水平能见度降低到1000米以内，就将悬浮在近地面空气中的水汽凝结（或凝华）物的天气现象称为雾；而将目标物的水平能见度在1000－10000米的这种现象称为轻雾或霭。形成雾时大气湿度应该是饱和的(如有大量凝结核存在时，相对湿度不一定达到100%就可能出现饱和)。由于液态水或冰晶组成的雾散射的光与波长关系不大，因而雾看起来呈乳白色或青白色和灰色。191.3雾和霾的区别•霾其形成原因是由于大量极细微的尘粒、烟粒、盐粒等均匀地浮游在空中，使有效水平能见度小于10km的空气混蚀的现象。霾的日变化一般不明显。当气团没有大的变化，空气团较稳定时，持续出现时间较长，有时可持续10天以上。由于雾霾、轻雾、沙尘暴、扬沙、浮尘等天气现象，都是因浮游在空中大量极微细的尘粒或烟粒等影响致使有效水平能见度小于10km。有时使气象专业人员都难于区分。必须结合天气背景、天空状况、空气湿度、颜色气味及卫星监测等因素来综合分析判断，才能得出正确结论。•由于灰尘、硫酸、硝酸等粒子组成的霾，其散射波长较长的光比较多，因而霾看起来呈黄色或橙灰色。201.3雾和霾的区别•一般相对湿度小于80%时的大气混浊，视野模糊导致的能见度恶化是霾造成的，相对湿度大于90%时的大气混浊，视野模糊导致的能见度恶化是雾造成的，相对湿度介于80-90%之间时的大气混浊，视野模糊导致的能见度恶化是雾和霾的混合物共同造成的，但其主要成分是霾。霾与雾、云不一样，与晴空区之间没有明显的边界，霾粒子的分布比较均匀，而且灰霾粒子的尺度比较小，从0.001微米到10微米，平均直径大约在1－2微米左右，肉眼看不到空中飘浮的颗粒物。21二、我国雾霾的污染状况•时间变化：采集743个气象台站的资料，对50年来灰霾的分布进行了分析。结果发现，上世纪80年代以前，我国城市每年灰霾的天气记录也就几天或十几天。此后，灰霾的天数猛增，有的城市1年中有100～200天。•地区变化：灰霾主要集中在兰州、沈阳、北京这样的大城市，以及京津冀、长江三角洲和珠江三角洲等人口稠密、经济发达的地区。•成分变化：1954～1972年，气溶胶光学消光系数(AEC)变化缓慢，通常150Mm－1(兆米分之一)。但1972～1980年快速增加，到1980年已接近300Mm－1。1980～2005年一直保持高值。22二、我国雾霾的污染状况•地处珠江三角洲的广州，横跨北回归线，拥有宜人的亚热带气候，看上去总是郁郁葱葱、繁花似锦。这个地理书中介绍的“温暖多雨、光照充足、夏季漫长、无霜期短”的城市，如今却被许多市民形容为：广州只有两种天气——晴天与“灰天”。所说的“灰天”，就是灰霾天。“灰霾”，已经成为大家十分关注的字眼。几年前，“灰霾”这个新字眼对于广州人还比较陌生，如今，市民们大多已耳熟能详了。•过去人们都知道“雾重庆”，而如今河北、陕西、山东、广东、福建、浙江、上海、江苏、北京……各省市几乎都不同程度、不断出现灰霾天。23二、我国雾霾的污染状况•令许多人困惑的是，厦门、深圳是滨海城市，怎么也会出现灰霾现象呢？中国气象局广州热带海洋气象研究所大气环境首席研究员吴兑说：“深圳的灰霾天气不是单独的，广州、东莞等珠三角城市都受到了这种区域性灰霾的影响。这就说明灰霾污染问题不是一个孤立发展的问题，而是一个区域性的问题。”“工业发展超过环境负荷，珠三角从机械污染、化学污染过渡到多种污染并存局面。国外发达国家完成这一污染过程花了200年，而我们只花了30年，就完成了3个污染阶段的演变。”24二、我国雾霾的污染状况25二、我国雾霾的污染状况262728三、雾霾形成的原因3.1雾霾（灰霾）形成的原因其形成有三方面因素。一是水平方向静风现象的增多。随着城市建设的迅速发展，大楼越建越高，增大了地面摩擦系数，使风流经城区时明显减弱。静风灰霾天气现象增多，不利于大气污染物向城区外围扩展稀释，并容易在城区内积累高浓度污染。二是垂直方向的逆温现象。逆温层好比一个锅盖覆盖在城市上空，使城市上空出现了高空比低空气温更高的逆温现象。污染物在正常气候条件下，从气温高的低空向气温低的高空扩散，逐渐循环排放到大气中。但是逆温现象下，低空的气温反而更低，导致污染物的停留，不能及时排放出去。三是空气中悬浮颗粒物的增加。近些年来随着工业的发展，机动车数量的猛增，污染物排放和城市悬浮颗粒物大量增加，直接导致了能见度降低，使得整个城市看起来灰蒙蒙一片。293.1雾霾（灰霾）形成的原因•为什么有时出现严重的灰霾天气，有时又是蓝天白云呢？•形成灰霾天气的大气气溶胶主要来源于自然排放和人类活动的排放，但是在一段时期内，无论是自然排放和人类活动排放的气溶胶粒子的总量是大致稳定的，那为什么有时出现严重的灰霾天气，有时又是蓝天白云呢？决定性的控制因素就是气象条件。灰霾天气出现时，一般都伴随着静小风、强日照和低相对湿度。严重的灰霾天气无一例外地都出现在边界层强逆温的情况下，逆温层如同一个锅盖，限制其内物质的扩散和稀释；另一方面，城市化、工业化的发展造成大气下垫面属性改变，也使得城市大气边界层的物理结构在发生变化。总的来说，灰霾产生的原因是因为城市扩散条件不好，冷空气不强，风速不大，这个时候城市中的各种污染物无法得到及时扩散，并在近地面积聚，若又加上天旱少雨，日照强烈，湿度较小，污染物之间就容易发生各种光化学反应，形成灰霾。303.1雾霾（灰霾）形成的原因•雾霾的源头多种多样，比如汽车尾气、工业排放、建筑扬尘、垃圾焚烧，甚至火山喷发等等，雾霾天气通常是多种污染源混合作用形成的。各地的雾霾天气中，不同污染源的作用程度各有差异。•人类进入化石燃料时代后，雾霾天气才真正威胁到人类的生存环境和身体健康。急剧的工业化和城市化导致能源迅猛消耗、人口高度聚集、生态环境破坏，都为雾霾天气的形成埋下伏笔。•化石燃料包括的天然资源为煤炭、石油和天然气等。313.1雾霾（灰霾）形成的原因•雾霾的形成既有“源头”，也有“帮凶”，“帮凶”就是不利于污染物扩散的气象条件，一旦污染物在长期处于静态的气象条件下积聚，就容易形成雾霾天气。•第一，雾霾主要由二氧化硫、氮氧化物和可吸入颗粒物这三项组成，它们与雾气结合在一起，让天空瞬间变得阴沉灰暗。•第二，城市有毒颗粒物来源：首先是汽车尾气。使用柴油的车子是排放细颗粒物的“重犯”。使用汽油的小型车虽然排放的是气态污染物，但碰上雾天，也很容易转化为二次颗粒污染物，加重雾霾。323.2细颗粒物（PM2.5）生成来源细颗粒物生成来源•细颗粒物的成分很复杂，主要取决于其来源。主要有自然源和人为源两种，还有源于大气化学反应。在学术界的分为一次气溶胶和二次气溶胶两种。•自然源自然源包括土壤扬尘(含有氧化物矿物和其他成分)、海盐(颗粒物的第二大来源，其组成与海水的成分类似)、植物花粉、孢子、细菌等。自然界中的灾害事件，如火山爆发向大气中排放了大量的火山灰，森林大火或裸露的煤原大火及沙尘暴事件都会将大量细颗粒物输送到大气层中。333.2细颗粒物（PM2.5）生成来源•人为源人为源包括固定源和流动源。固定源包括各种燃料燃烧源，如发电、冶金、石油、化学、纺织印染等各种工业过程、供热、烹调过程中燃煤与燃气或燃油排放的烟尘。流动源主要是各类交通工具在运行过程中使用燃料时向大气中排放的尾气。PM2.5可以由硫和氮的氧化物转化而成。而这