關(guān)于霧霾課件

關(guān)于霧霾關(guān)于霧霾1霧與霾細(xì)顆粒物（PM2.5）與霾霾的形成機(jī)制—內(nèi)因與外因需要注意的問題霧與霾2在我國(guó)改革開放以前,經(jīng)濟(jì)相對(duì)欠發(fā)達(dá)時(shí)期,都市霾是極少見到的,因而并未引起人們的注意。由于經(jīng)濟(jì)規(guī)模的迅速擴(kuò)大和城市化進(jìn)程的加快,大氣顆粒物污染日趨嚴(yán)重,由顆粒物造成的能見度惡化事件越來(lái)越多,因而在觀測(cè)實(shí)踐中,常常會(huì)碰到和視程障礙相關(guān)聯(lián)的天氣現(xiàn)象定名問題,即當(dāng)能見度小于10km時(shí),造成視程障礙的天氣現(xiàn)象稱為霾（Haze）。

在我國(guó)改革開放以前,經(jīng)濟(jì)相對(duì)欠發(fā)達(dá)時(shí)期,都市霾是極少見到3霧：近地面層空氣中懸浮的大量水滴或冰晶微粒的乳白色集合體，水平能見度＜1km，相對(duì)濕度接近100%（飽和）霾：大量極細(xì)微的干塵粒、煙粒、鹽粒等均勻地游浮在空中，使水平能見度＜10km的空氣普遍渾濁的現(xiàn)象。出現(xiàn)霾時(shí)，空氣一般來(lái)說比較干燥，相對(duì)濕度在80%以下。霧霾霧與霾的定義引自中國(guó)氣象科學(xué)院霧：近地面層空氣中懸浮的大量水滴或冰晶微粒的乳白色集合體，水4

霧（Fog）與霾（Haze）的區(qū)別

霾與霧的區(qū)別在于發(fā)生霾或霧時(shí)的相對(duì)濕度一般相對(duì)濕度<80%時(shí)的大氣混濁視野模糊導(dǎo)致的能見度惡化是霾造成的相對(duì)濕度>90%時(shí)的大氣混濁視野模糊導(dǎo)致的能見度惡化是霧造成的相對(duì)濕度介于80%～90%之間時(shí)的大氣混濁視野模糊導(dǎo)致的能見度惡化是霾和霧的混合物共同造成的,但其主要成分是霾。霧（Fog）與霾（Haze）的區(qū)別霾與霧的區(qū)別在于發(fā)生5霾的厚度比較厚，可達(dá)1～3km左右，與晴空區(qū)之間沒有明顯的邊界，霾粒子的分布比較均勻，因而在霾中能見度非常均勻；霾粒子的尺度比較小，從0.001μm到10μm，平均直徑大約在1～2μm左右,肉眼看不到空中飄浮的顆粒物。由灰塵、硫酸、硝酸等粒子組成的霾，易散射波長(zhǎng)較長(zhǎng)的光，因而霾看起來(lái)呈黃色或橙灰色在城市嚴(yán)重空氣污染地區(qū)，霾可以頻繁出現(xiàn)，又主要呈橙灰色，而且城市污染大氣氣溶膠中有許多黑碳粒子,因而也將其稱之為灰霾。霾的厚度比較厚，可達(dá)1～3km左右，與晴空區(qū)之間沒有明顯的邊62013年1月1日至10月31日全國(guó)霾日數(shù)分布圖我國(guó)中東部地區(qū)霾日數(shù)異常偏多2013年全國(guó)平均霾日數(shù)為35.9天，為1961年以來(lái)最多。中東部地區(qū)霧和霾天氣多發(fā)，華北中南部至江南北部的大部分地區(qū)霧和霾日數(shù)范圍為50～100天，部分地區(qū)超過100天。江蘇超過100天，與常年同期相比，河北、北京、山東、河南、江蘇、浙江等地偏多40天以上。引自中國(guó)氣象科學(xué)院2013年1月1日至10月31日全國(guó)霾日數(shù)分布圖我國(guó)中東部地78四季霾日變化緩慢上升平穩(wěn)階段快速上升快速上升平穩(wěn)階段緩慢上升春季夏季秋季冬季

霾日的季節(jié)差異不大可能與污染源排放的差異有關(guān)，可能更主要與大氣環(huán)流條件（包括風(fēng)場(chǎng)、層結(jié)條件、水汽、溫度以及降水等條件）有關(guān)1961-2011年不同季節(jié)全國(guó)平均霾日數(shù)的歷年變化（單位：天）(黑色粗實(shí)線為1981-2010氣候平均；紅色虛線表示9點(diǎn)平滑曲線)（丁一匯，柳艷菊等，2013）8四季霾日變化緩慢上升平穩(wěn)階段快速上升快速上升平穩(wěn)階段緩慢上1961-2011年全國(guó)平均能見度的歷年變化（單位：級(jí)）(黑色粗實(shí)線為1981-2010氣候平均；紅色虛線表示9點(diǎn)平滑曲線)（丁一匯，柳艷菊等，2013）能見度近20年能見度惡化4-10km1961-2011年全國(guó)平均能見度的歷年變化（單位：級(jí)）(黑9霧與霾細(xì)顆粒物（PM2.5）與霾內(nèi)因與外因需要注意的問題霧與霾10大氣顆粒物（氣溶膠）大氣中含有大量氣溶膠粒子（顆粒物） 可高達(dá)107——108粒子/cm3粒徑大小可覆蓋四個(gè)量級(jí)，

幾個(gè)納米（nm)到100微米(m)大氣顆粒物（氣溶膠）11

環(huán)境大氣顆粒物粒徑分布02468100.010.1110100顆粒物空氣動(dòng)力學(xué)直徑(μm)RelativeConcentration細(xì)粒子粗粒子PM10PM2.5TSPPM0.1揚(yáng)塵

海鹽、花粉等硫酸鹽硝酸鹽氨鹽有機(jī)物碳黑重金屬等

碳超細(xì)粒子CondensationDroplet總懸浮顆粒物可吸入顆粒物細(xì)顆粒物超細(xì)顆粒物環(huán)境大氣顆粒物粒徑分布02468100.010.1110112

PM10,PM2.5,

和超細(xì)顆粒物PM0.1的比較PM10(10mm)PM2.5(2.5mm)UltrafinePM(0.1mm)

人發(fā)(60mm

直徑)PM2.5(2.5mm)PM10(10mm)

三者直徑的比較（引自M.Walsh）PM10,PM2.5,

和超細(xì)顆粒物PM0.1的比較13關(guān)于霧霾課件14關(guān)于霧霾課件15主要研究成果－證實(shí)大氣灰霾主要來(lái)自PM2.5顆粒物質(zhì)量濃度與能見度的關(guān)糸主要研究成果－證實(shí)大氣灰霾主要來(lái)自PM2.5顆粒物質(zhì)量濃度與16消光系數(shù)包括以下四個(gè)部分：

Bext=Bag+Bap+Bsg+BspBag：氣體分子吸收系數(shù)，主要是NO2的吸收Bsg

：氣體分子瑞利散射，即潔凈空氣的散射貢獻(xiàn)Bap：顆粒物吸收消光系數(shù)，黑碳和有機(jī)物等吸收Bsp

：顆粒物散射消光系數(shù)，硫酸鹽、硝酸鹽、有機(jī)物等散射城市大氣顆粒物消光占大氣組分總消光80%~90%，起消光作用的主要粒徑段為0.1~2.5μm，因此主要是細(xì)粒子（PM2.5）的消光作用細(xì)粒子中大部分散射消光組分具有吸濕性，進(jìn)而顯著改變組分的消光效率，因此需要考慮顆粒物中水分（相對(duì)濕度）對(duì)消光的影響能見度下降是由大氣組分的消光造成的消光系數(shù)包括以下四個(gè)部分：能見度下降是由大氣組分的消光造成的17

局地污染區(qū)域輸送全球變化PM2.5小粒子~環(huán)境大問題氣候棕色云灰霾健康酸雨局地污染區(qū)域輸送全球變化PM2.5小粒子~環(huán)境大問題18小粒子大問題局地大氣污染負(fù)面的健康效應(yīng)城市能見度下降區(qū)域大氣污染酸沉降，對(duì)湖泊、森林等生態(tài)系統(tǒng)造成危害水體富營(yíng)養(yǎng)化，影響水體質(zhì)量全球大氣污染影響地球輻射平衡，以及全球變化平流層臭氧損耗提供反應(yīng)表面并催化小粒子大問題局地大氣污染負(fù)面的健康效應(yīng)區(qū)域大氣污染酸沉降，19關(guān)于霧霾課件20細(xì)顆粒物對(duì)心血管系統(tǒng)的影響肺部神經(jīng)反射肺部炎癥反應(yīng)機(jī)體炎癥反應(yīng)氧化應(yīng)激內(nèi)皮功能障礙白細(xì)胞和血小板活化急性期反應(yīng)和凝集因子釋放板塊破裂血栓形成心肌梗塞自主神經(jīng)系統(tǒng)自律性傳導(dǎo)性復(fù)極化心律不齊心律、心率動(dòng)脈粥樣硬化形成和板塊不穩(wěn)定大氣顆粒物（修改自R.D.Brook，2004）研究表明，細(xì)顆粒物可導(dǎo)致人體呼吸系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)、生育系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)、遺傳系統(tǒng)的影響，但機(jī)制非常復(fù)雜，目前很多影響和機(jī)制尚不清楚細(xì)顆粒物對(duì)心血管系統(tǒng)的影響肺部神經(jīng)反射肺部炎癥反應(yīng)機(jī)體炎癥反21空氣污染位列十大全球致死風(fēng)險(xiǎn)因子成年人每天需吸入10~15立方米的空氣。平均每天有80%左右的時(shí)間是在室內(nèi)度過的。室內(nèi)、外空氣的清潔程度都與人的健康關(guān)系密切全球每年600多萬(wàn)人因空氣污染致死Source：TheGlobalBurdenofDisease,2010該報(bào)告由IHME權(quán)威發(fā)布。是由50個(gè)國(guó)家303個(gè)研究機(jī)構(gòu)的488名學(xué)者共同研究的成果空氣污染位列十大全球致死風(fēng)險(xiǎn)因子成年人每天需吸入10~15立22中國(guó)十大致死風(fēng)險(xiǎn)因子Source：TheGlobalBurdenofDisease,2010我國(guó)每年220多萬(wàn)人因空氣污染致死中國(guó)十大致死風(fēng)險(xiǎn)因子Source：TheGlobalBu23日前“大氣污染”被列為一級(jí)致癌物質(zhì)世界衛(wèi)生組織（WHO）國(guó)際癌癥研究機(jī)構(gòu)（IARC）聯(lián)合發(fā)布大氣污染物致癌風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的簡(jiǎn)要報(bào)告，正式將戶外空氣污染定為致癌物質(zhì),將大氣污染列為人類致癌因素之一。大氣污染中的主要成分——顆粒物也被列為致癌因素。法國(guó)里昂10月8-15日的工作會(huì)議上，經(jīng)與會(huì)專家評(píng)議，討論通過將“大氣污染”定為人類一級(jí)致癌物質(zhì)。完整評(píng)估報(bào)告計(jì)劃于一年內(nèi)正式發(fā)布。最新的數(shù)據(jù)表明，在2010年，空氣污染造成全世界22.3萬(wàn)人死于肺癌。來(lái)源：ChinaDaily,

2013-10-18日前“大氣污染”被列為一級(jí)致癌物質(zhì)世界衛(wèi)生組織（WHO）國(guó)際24新的大氣環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)由2012年3月7日國(guó)務(wù)院常委會(huì)討論通過出臺(tái)新標(biāo)準(zhǔn)增加了細(xì)顆粒物(PM2.5)和臭氧(O3)8小時(shí)濃度限值監(jiān)測(cè)指標(biāo)，嚴(yán)格了PM10和NO2的指標(biāo)值在新的空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和新的檢測(cè)指標(biāo)要求出臺(tái)后，各級(jí)政府將面臨更大的改善空氣質(zhì)量的壓力目前，各省市已開始考慮制定達(dá)標(biāo)規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)(μg/m3)日均值年均值PM2.57535新的大氣環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)由2012年3月7日國(guó)務(wù)院常委會(huì)討論252013年京津冀和珠三角區(qū)域所有城市均未達(dá)標(biāo)，長(zhǎng)三角區(qū)域僅舟山六項(xiàng)污染物全部達(dá)標(biāo)。區(qū)域城市總數(shù)SO2NO2PM10COO3PM2.5綜合達(dá)標(biāo)京津冀137306800長(zhǎng)三角2525102252111珠三角995594002013年新標(biāo)準(zhǔn)第一階段監(jiān)測(cè)實(shí)施城市不同空氣質(zhì)量級(jí)別天數(shù)比例2013年京津冀和珠三角區(qū)域所有城市均未達(dá)標(biāo)，長(zhǎng)三角區(qū)域僅舟26PM2.515~3535~7070~100>100mg/m3（來(lái)源：2014中國(guó)環(huán)境狀況公報(bào)，環(huán)保部）全國(guó)161各城市監(jiān)測(cè)結(jié)果：PM2.5年均濃度超標(biāo)177%達(dá)標(biāo)城市比例：11.2

%PM2.515~35mg/m3（來(lái)源：2014中國(guó)環(huán)境狀況公27霧與霾細(xì)顆粒物（PM2.5）與霾霾的形成機(jī)制—內(nèi)因與外因需要注意的問題霧與霾28污染物排放是造成重污染日的根本原因——

內(nèi)因

污染物的一次排放（量）；二次污染物的生成（轉(zhuǎn)化量）在污染物排放總量變化不大的情況下，不利的氣象條件是重污染日的主導(dǎo)因素——

外因污染物排放是造成重污染日的根本原因——29大氣細(xì)顆粒物的來(lái)源工業(yè)、交通、電力、其他生產(chǎn)和生活活動(dòng)以及天然源排放的一次粒子由氣體向顆粒物轉(zhuǎn)化而生成的二次粒子混合物大氣細(xì)顆粒物由天然和人為活動(dòng)產(chǎn)生，目前后者為主。我國(guó)各地的PM2.5占PM10的份額約50-80%大氣細(xì)顆粒物的來(lái)源工業(yè)、交通、電力、其他生產(chǎn)和生活活動(dòng)以及天30由氣體向顆粒物轉(zhuǎn)化而生成的二次顆粒物

混合物城市大氣細(xì)顆粒物PM2.5的來(lái)源工業(yè)、交通、電力、其他生產(chǎn)和生活活動(dòng)以及天然源排放的一次顆粒物各種塵（沙塵、風(fēng)塵、揚(yáng)塵、建筑、道路塵）各種燃燒過程和工業(yè)過程產(chǎn)生的塵等

硫酸鹽、硝酸鹽、銨鹽及有機(jī)顆粒物由氣體向顆粒物轉(zhuǎn)化而生成的二次顆粒物城市大氣細(xì)顆粒物PM2.31PM2.5主要化學(xué)組成PM2.5主要化學(xué)組成32

大氣氧化劑可以將直接排放的一次污染物轉(zhuǎn)化成細(xì)顆粒物(PM2.5)大氣氧化劑(O3,OH)SO2等細(xì)粒子VOC、NOx尾氣、工業(yè)、燃煤hv大氣氧化劑(O3,OH)SO2等細(xì)粒子VOC、NOx尾氣、工業(yè)、燃煤hv大氣氧化劑可以將直接排放的一次污染物轉(zhuǎn)化成細(xì)顆粒物(PM33

一次排放的氣態(tài)污染物SO2，NOx，VOC

（揮發(fā)性有機(jī)物）大氣氧化性O(shè)3，

OH

NOx+VOCPM2.5大氣氧化性O(shè)3，OHNOx+VO34復(fù)合型污染 不是簡(jiǎn)單疊加 造成二次污染煤燃燒汽車尾氣揚(yáng)塵等++當(dāng)前大氣污染的特征復(fù)合型污染煤燃燒汽車尾氣揚(yáng)塵等++當(dāng)前大氣污染的特征35大氣氧化劑(O3,OH)hv二次污染復(fù)合污染通量天然源沉降SO2,NOx等HC、NOx

PM10、PM2.5細(xì)粒子(SO42-,NO3-)

復(fù)合性大氣污染的機(jī)制及特征多種污染物多種污染類型疊加多種過程耦合多尺度污染（局地與區(qū)域）相互作用多種污染物綜合控制上風(fēng)向輸送

細(xì)粒子,O3上風(fēng)向輸送細(xì)粒子,O3上風(fēng)向輸送細(xì)粒子,O3上風(fēng)向輸送細(xì)粒子,O3上風(fēng)向輸送細(xì)粒子,O3上風(fēng)向輸送細(xì)粒子,O3上風(fēng)向輸送更高濃度細(xì)粒子,O3輸送關(guān)鍵物種大氣氧化劑hv二次污染復(fù)合污染通量天然源沉降SO2,NOx36大氣氧化性

氮氧化物NOx揮發(fā)性碳?xì)浠衔?/p>

VOC臭氧O3+OH自由基OHradicals二氧化硫SO2氮氧化物NOx硫酸、硫酸鹽硝酸、硝酸鹽細(xì)顆粒物Aerosol有機(jī)物VOC酸雨VOCsNOxO3+PM2.5光化學(xué)煙霧+大氣氧化性氮氧化物揮發(fā)性碳?xì)浠衔锍粞?OH自由基OHr37大氣氧化性：地球大氣環(huán)境是氧化性介質(zhì)氧氣含量很高(21%O2)熱力學(xué)屬性

氧化性KhalilandRasmussen,1993觀測(cè)證據(jù)CO的大氣壽命大約2個(gè)月。如果沒有氧化過程，地球大氣中CO的濃度會(huì)在50年內(nèi)達(dá)到毒性水平（>30ppmv）。大氣氧化性：地球大氣環(huán)境是氧化性介質(zhì)氧氣含量很高(21%38新粒子的生成和增長(zhǎng)(Kulmalaetal.,Science,2003;DalMasoetal.,BER,2005)新粒子生成事件的判定出現(xiàn)新的模態(tài)(3-10nm)數(shù)濃度急劇增加存在一段時(shí)間并呈現(xiàn)增長(zhǎng)趨勢(shì)NucleationInitialGrowthFurtherGrowth新粒子的生成和增長(zhǎng)(Kulmalaetal.,Scie39WiedensohlerAetal,J.Geophys.Res.,2009Carebeijing2006伴隨著二次轉(zhuǎn)化PM1.0濃度快速增加Secondaryformation新粒子生成后續(xù)增長(zhǎng)WiedensohlerAetal,J.Geoph40受強(qiáng)靜穩(wěn)天氣影響的重污染日統(tǒng)計(jì)主要特征高空為暖脊，低空形成較強(qiáng)逆溫，不利于污染物垂直方向的擴(kuò)散；地面氣壓梯度弱，持續(xù)出現(xiàn)小風(fēng)或靜風(fēng)，不利于污染物水平方向的擴(kuò)散；氣溫較常年平均偏高，濕度偏大，經(jīng)常伴有“霧”，北京大氣氧化性強(qiáng)，有利于氣態(tài)污染物如SO2等轉(zhuǎn)化為二次粒子，形成灰霾天氣，成為重度污染。受強(qiáng)靜穩(wěn)天氣影響的重污染日統(tǒng)計(jì)主要特征高空為暖脊，低空形成較41北京的氣候?qū)儆谂瘻貛О霛駶?rùn)大陸性季風(fēng)氣候。春季干旱多風(fēng)，經(jīng)常遭受外來(lái)沙塵影響；夏季炎熱多雨；秋季涼爽濕潤(rùn)，但時(shí)有靜風(fēng)大霧天氣；冬季干燥寒冷，通常逆溫持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)。另外，平原地區(qū)西、北和東北方向環(huán)山，山脊連成平均海拔1000米左右的弧形屏障，地形呈簸箕狀，大氣污染物不易向外輸送，大氣自凈能力不強(qiáng)?？傮w上看，北京每年出現(xiàn)有利和一般氣象條件約占60%，不利的氣象條件約占40%，其中部分可能出現(xiàn)重污染日。北京的氣候?qū)儆谂瘻貛О霛駶?rùn)大陸性季風(fēng)氣候。春季干旱多風(fēng)，經(jīng)常42造成城市重污染的天氣過程通常是大-中尺度的，在同一天氣過程影響之下的天津、河北的石家莊、保定、邯鄲以及山西和內(nèi)蒙等部分地區(qū)一般也易同時(shí)出現(xiàn)重污染狀況，形成大范圍的區(qū)域污染。造成城市重污染的天氣過程通常是大-中尺度的，在同一天氣過程影43建議有效利用外因條件協(xié)助內(nèi)因控制：

建立常態(tài)化的天氣及氣象預(yù)測(cè)、預(yù)報(bào)及預(yù)警體系;結(jié)合氣象條件，劃分不同天氣過程影響城市空氣質(zhì)量的源區(qū)，有針對(duì)性地根據(jù)不利天氣系統(tǒng)開展分區(qū)、分源控制，以達(dá)到預(yù)防和減緩重污染出現(xiàn)的頻率。持續(xù)改善空氣質(zhì)量、預(yù)防和減緩重污染過程建議有效利用外因條件協(xié)助內(nèi)因控制：持續(xù)改善空氣質(zhì)量、預(yù)防44霧與霾細(xì)顆粒物（PM2.5）與霾霾的形成機(jī)制—內(nèi)因與外因需要注意的問題霧與霾452013年8月，南通市臭氧超標(biāo)率達(dá)40%南通市2013年8月臭氧最大小時(shí)平均濃度可達(dá)350

μg/m3長(zhǎng)三角地區(qū)——臭氧超標(biāo)問題2013年8月，南通市臭氧超標(biāo)率達(dá)40%長(zhǎng)三角地區(qū)——臭氧超46熱電廠機(jī)動(dòng)車工業(yè)爐窯生活中國(guó)的NOx排放NOx的主要來(lái)源(2010)中國(guó)NOx排放情況

NOx排放持續(xù)增長(zhǎng)，面臨挑戰(zhàn)(Richteretal.,Nature,Sept1,2005)熱電廠機(jī)動(dòng)車工業(yè)爐窯生活中國(guó)的NOx排放NOx的主要來(lái)源472011年工業(yè)VOCs排放量約1550萬(wàn)噸.2011年，包括煉油廠，基礎(chǔ)化學(xué)材料生產(chǎn)和印刷等，貢獻(xiàn)91.4%.VOCs排放量大，種類多控制VOCs排放任重道遠(yuǎn)中國(guó)VOCs排放情況1978-2012年我國(guó)排放VOCs量的年際變化主要的石化工業(yè)分布2011年工業(yè)VOCs排放量約1550萬(wàn)噸.VOCs排放量48VOCs生產(chǎn)儲(chǔ)運(yùn)使用VOCs作為工業(yè)原料的生產(chǎn)過程使用含NMVOC產(chǎn)品的生產(chǎn)過