我国PM2.5污染特征的研究进展

（重庆三峡学院化学与环境工程学院，重庆万州 404100）

PM2.5是指空气动力学直径≤2.5 μm的大气颗粒物，世界卫生组织（WHO）将其定义为可进入肺部的颗粒物．PM2.5的组成复杂，常富集空气中的有毒有害物质，如Pb、As、Cr以及多环芳烃（PAHs）等物质，并可以随着人的呼吸进入体内，进而影响人体健康，研究表明，当长期处于 PM2.5较高的环境中，死亡风险就会上升[1]．PM2.5还是造成某些城市能见度降低、频发灰霾天气的罪魁祸首．PM2.5具有较长的寿命，并可以通过水平输送传输到其它地区，影响区域的大气环境．美国在1997年颁布了PM2.5的空气质量标准，规定年均值为15 μg·m-3，日均值为65 μg·m-3[2]，2006年又将日均值订正为35 μg·m-3．世界卫生组织（WHO）也于2005年发布了《空气质量准则》，规定了PM10和PM2.5的限制浓度．目前，日本、印度、墨西哥，以及欧盟一些国家，都已陆续将PM2.5纳入国家标准污染物，并进行强制性限制．我国在2012年2月29日发布了新的《环境空气质量标准》（GB3095-2012），该标准首次提出了PM2.5的浓度限值检测指标．本文对我国目前 PM2.5的时空分布特征、化学组成及其对能见度的影响进行介绍，以便进一步了解PM2.5的污染特征，以期为PM2.5的治理提供参考．

1 PM2.5质量浓度污染特征

1.1 PM2.5区域污染特征

我国颁布的新的《环境空气质量标准》中规定PM2.5的二级标准年均值为35μg·m-3，日均值为75μg·m-3，该标准值与美国和 WHO（推荐 PM2.5年均值为 10μg·m-3，日均值为 25μg·m-3）的标准限值还有巨大的差距．就目前我国对PM2.5所做的研究来看（见表1），我国大部分地区PM2.5的污染十分严重，并且PM2.5占到PM10的40%～80%，PM2.5成为可吸入颗粒物（PM10）中的主要组成部分．PM2.5严重污染地区主要集中在北京、天津、上海、南京、贵阳、济南等地，而在香港、深圳、杭州等地的污染程度较轻，这可能与地理位置和气象条件有关．

目前，我国 PM2.5的研究主要集中在北京、上海、珠三角等发达城市，对东北、中部和西部所做的研究相对较少．从监测时间来看，我国PM2.5的研究时间最早在1988年，但监测时间较短，而目前PM2.5的研究时断时续，监测值具有一定的偶然性，不能很好地反应PM2.5的污染特征．

另外，由于监测时间的不统一，监测方法（滤膜称重法、光散射法、压电晶体法、电荷法、β射线吸收法以及微量震荡天平法）上也有巨大的差异，导致各城市 PM2.5质量浓度可比性降低．因此我国各城市应建立一套标准化的 PM2.5的监测系统，并实施长期、大规模的PM2.5监测．

表1 我国各地PM2.5质量浓度水平

1.2 PM2.5的时间变化特征

PM2.5具有日变化特征，呈现明显的双峰型，北京[18]、南京[7]和天津[19]等地都有相似的日变化特征；PM2.5还具有季节性日变化模式：整体上是冬季夜间质量浓度高于白天，夏季白天质量浓度高于夜晚．PM2.5质量浓度的日变化主要与污染源排放、气象条件以及人类活动等等因素有关．

同时，PM2.5还具有季节变化特征．He等[3]于1999.7—2000.9对北京清华园和车公庄的 PM2.5进行了为期一年的研究，发现 PM2.5浓度具有明显的季节变化特征，即冬季浓度值最高，夏季最低．并且对郑州[20]、长春[21]、哈尔滨[22]、天津[23]等地所做的研究也得到了相同的结果．而王丽京等[24]在2001年选取北京的3个站点（中国气象局大气探测基地观测场、北京大学、北京市环境监测站）研究结果表明，夏季 PM2.5的质量浓度最高，秋季最低，春冬两季相差不大．造成差异的原因可能与监测时段的选择有关，采样时段选择不同导致结果成倍的差别．PM2.5浓度季节变化与气象条件季节性变化、监测时段的选取、污染源的排放以及大气光化学反应等因素有关．另外，还与气流的输送有关，牛彧文等[25]的研究发现深圳 PM2.5浓度值季节性差异大，当夏季主导风向来自西南或东南海面时，大气环境质量较好，冬季主导风向来自北方内陆时，大气环境质量较差．

1.3 PM2.5的空间变化特征

Chan等[26]研究了香港大气颗粒物的垂直分布情况，发现 PM2.5的质量浓度沿高度呈指数规律下降．王庚辰等[27]在北京所做的研究也得出了 PM2.5质量浓度随高度增加而递减的规律．樊文雁等[28]还研究了北京不同天气背景下 PM2.5在垂直方向上浓度的变化，结果表明，雾天近地层细粒子质量浓度明显高于较高层，而霾天细粒子在垂直方向上浓度混合均匀．潘纯珍等[29]的研究发现：街区主干道PM2.5浓度大于郊区主干道；PM2.5的浓度在重庆城区道路水平方向上变化不明显；PM2.5的浓度在垂直方向上到 30楼才有明显的下降．孙玫玲[19]在天津气象塔（255 m）上的观测发现，混合层厚度和稳定度会影响PM2.5在垂直方向上的浓度分布．可见，PM2.5质量浓度在垂直方向的差异主要与天气背景，边界层的厚度与稳定度，以及边界层的气象条件密切相关，如垂直方向上的湍流变化，风速与 PM2.5逐时质量浓度在垂直方向的分布就会呈现不同相关性，冷空气过境时，颗粒物的浓度也会增加．另外，PM2.5在垂直方向的浓度还受到区域输送的影响[28]．

2 PM2.5的化学组成

2.1 水溶性组分

水溶性组分是大气颗粒物的重要组成部分之一，水溶性离子直接影响大气降水的酸度．另外，因其具有吸湿性而影响云凝结核（CCN）的浓度，从而引起间接的辐射强迫作用[30]176-177．水溶性组分可分为两种：（1）水溶性无机组分，一般包括Na+、Cl-、Mg2+、Ca2+等；（2）水溶性有机组分，如甲酸、乙酸、乙二酸等．可溶性组分一般占PM2.5质量的20%～60%．其中，二次离子是PM2.5中最主要的水溶性离子，它们的浓度占到PM2.5质量的1/3左右，主要来自于气态前体物SO2、NOx和NH3的二次转化，其转化率除受到温度、湿度和大气光化学反应等因素的影响，还受到区域输送的影响．

Wang等[31]对北京2001—2003年PM2.5的研究发现，二次离子浓度表现出夏、冬季节高于春、秋季节．对 PM2.5的治理也要协同控制其前体物的排放．水溶性有机物受分析测定方法的限制，目前能从分子水平上鉴别出来的化合物主要是二元羧酸、醛酸和酮酸等低分子量有机酸，虽然它们只占水溶性有机物质量的较小部分，但这些组分一般是大气化学反应的最终生成物，或者是新陈代谢的产物，对于气候变化、辐射平衡以及能见度等有着重要影响．

2.2 碳组分

PM2.5的含碳组分包括OC、元素碳（EC）和碳酸盐碳（CC）．细颗粒物中CC的含量所占比例很小，在进行化学物种分析时一般将其忽略．OC和EC浓度之和常占到PM2.5浓度的10%～70%[32-34]．EC多数来源于含碳物质的不完全燃烧，而OC包括一次有机碳（POC）和二次有机碳（SOC）．一次有机碳主要有两种来源：一是以各种生物质的燃烧为主，通常是以细颗粒物的形式排放，二是土壤以及生物的直接排放，以粗颗粒物的形式存在．二次有机碳的来源是由空气中的气态有机物经光化学反应而来，以细颗粒物的形式存在[15]．机动车排放、工业排放、生物质燃烧和冬季供暖等燃烧过程是城市大气颗粒物中EC和OC的主要来源[35]．很多研究将OC/EC的比值＞2作为SOC存在的依据之一．北京地区四季OC/EC的比值大小顺序为：冬（2.84）＞秋（2.81）＞春（2.73）＞夏（2.14）[5]；珠三角洲城市群冬季OC/EC的比值分别为：香港（2.3），广州（2.7），深圳（2.2），珠海（2.5）[33]；上海OC/EC的比值更高，达到5.3[6]，可见，我国大部分城市存在一定程度的二次有机物污染．

2.3 无机元素

大气颗粒中无机元素所占的比重相对较小，但其更容易在细粒子中富集，并且包含着许多对人体健康危害很大的重金属元素，并可进入人体肺部，对人体的危害性大．无机元素的主要来源有交通排放、燃料燃烧、冶金工业、建筑扬尘以及废弃物焚烧等[23,36]，表2给出了各类污染源的特征元素．

表2 各类污染源的特征元素

目前常用富集因子来描述颗粒物中元素富集程度，其值还能判别自然与人为污染源的贡献水平．其表达式为：

CX代表待检验元素，CR代表参考元素，EFX代表待检验元素的富集因子值．通常认为 EF＜1时元素源于土壤；EF＞10时元素源自人为污染；1＜EF＜10的元素人为污染占一定比例[17]．富集因子的研究表明，无机非地壳元素更易在细粒子中富集[9,13,17]，如S、Pb、Se、As、Cr等代表人为排放源的元素，其富集因子值在细粒子中最大，有的高达数千倍，给环境和人体健康带来了极大的潜在危害．

3 PM2.5对能见度影响的研究

能见度降低已成为我国较为突出的城市环境问题．近年来，随着城市的大规模建设，污染物的排放增多，造成了越来越严重的城市灰霾现象．颗粒物主要通过对光的散射和吸收影响能见度，颗粒物的散射作用大约占其对大气消光系数的70%．其中，细颗粒物浓度的升高是形成我国城市灰霾的主要因素之一．李令军等[37]对比研究颗粒物浓度与能见度的日变化发现两者呈反相关，颗粒物的浓度与消光系数呈正相关．宋宇等[38]的研究发现颗粒物的散射消光作用在北京市能见度下降中占有主要地位，其中与细粒子的关系更为密切，细粒子质量浓度的高低是决定能见度好坏的主要因子．张涛等[39]的研究也表明0.5～2.5μm粒子浓度增加是大气能见度降低的重要原因，其消光系数贡献率达到88.6%．王京丽等[40]对北京2001年春夏秋冬四季细粒子与能见度的研究指出，能见度与 PM2.5质量浓度在春季呈乘幂关系；夏季除高相对湿度外，呈指数关系；秋季呈对数关系；冬季呈指数关系．

能见度的降低与细粒子中的化学组分也有关系．元素碳主要对光有吸收效应，而有机碳、主要对光辐射起散射效应．Tsai等[41]研究表的浓度与能见度呈显著负相关关系．古金霞等[42]对天津颗粒物的散射系数、PM2.5及其化学成分进行了为期一年的观测，结果表明，细颗粒物中有机碳和硫酸盐是影响能见度的主要化学成分，使用MPROVE法核算化学组分对散射消光的贡献，得出有机物的贡献率为 38.5%．边海等[43]研究发现能见度与颗粒物中总碳质量浓度变化呈负相关，OC和 EC对大气消光贡献率平均为28.7%，6.1%，27.6%和19.2%．并且谭吉华等[44]的研究也发现，在灰霾天气下，大气颗粒物、EC和OC均在积聚模态（0.1～2.0μm）大幅度增长，它们是形成灰霾天气的重要原因．

4 结 语

近年来，PM2.5作为一种复合污染物，对空气质量、大气能见度以及人体的健康影响越来越大，人们对其也越来越重视．目前，虽然我国许多城市都对 PM2.5进行过一定的研究，对其污染特征也有一定的了解，但大多数只有间断的监测，并且监测时间，监测方法也有所不同，导致不能对我国 PM2.5污染特征有系统的认识．希望在新的《环境质量标准》的全面推广与执行后，我国 PM2.5的污染特征能得到全面的分析，从而为我国控制 PM2.5的污染打下坚实的基础．

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