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PM2.5到底长啥样?为什么京津冀PM2.5的数值依然居高不下?

PM2.5到底长啥样?为什么京津冀PM2.5的数值依然居高不下?

2017/02/02
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【摘要】:
环保部近日发布的2017年1月份全国空气质量显示:京津冀区域13个城市PM2.5浓度同比上升43.8%。雾霾到底是什么,又是哪些原因导致了雾霾的产生?这几年治霾成效在哪里? PM2.5到底长啥样 2016年到2017年的跨年雾霾给人印象深刻。媒体人员来到中国科学院遥感与数字地球研究所,通过卫星遥感图象,不仅可以看到雾霾分布和变化,科学家还可以计算出相应的PM2.5的数值,这个数值跟地面观测到的数值

环保部近日发布的2017年1月份全国空气质量显示:京津冀区域13个城市PM2.5浓度同比上升43.8%。雾霾到底是什么,又是哪些原因导致了雾霾的产生?这几年治霾成效在哪里?

 

PM2.5到底长啥样

 

2016年到2017年的跨年雾霾给人印象深刻。媒体人员来到中国科学院遥感与数字地球研究所,通过卫星遥感图象,不仅可以看到雾霾分布和变化,科学家还可以计算出相应的PM2.5的数值,这个数值跟地面观测到的数值几乎一样。

 

中科院大气物理研究所位于北京市的北三环附近,杨员是这里的科研助理,他每天都要到屋顶收集和放置采集PM2.5的膜。杨员每天要采集两次,在跨年雾霾这几天,他采集的膜只有1月2日上午是白的,其它时间都是黑色的。这黑色的东西是什么呢?杨员说,这里边的东西,要分析才知道。

 

人的头发直径大概是50到70微米,PM2.5颗粒只有人的头发丝的二十分之一到三十分之一。那么,我们看不见的PM2.5到底是什么东西呢?

 

PM2.5从哪儿来?

 

PM2.5指的是质量浓度,把它分解成化学成分,无非是七类。这七类主要成分是有机物、硝酸盐、硫酸盐、铵盐、元素碳、氯盐、痕量元素等。

 

中科院大气物理研究所研究员王跃思:硫酸盐来自于燃煤,硝酸盐来自于燃煤跟机动车、工业等等排放出的氮氧化物,铵盐是来自于农牧业,当然工业也有一部分铵盐,另外还有有机碳或者叫有机物。

 

PM2.5的来源非常复杂,可以分为一次来源与二次来源,也叫一次颗粒、二次颗粒:一次来源又可分为人为的与自然的,人为污染源是指人类生活和生产活动形成的污染源;二次源是指各污染源排出的气态污染物,如二氧化硫、氮氧化物、挥发性有机物和氨等,经过复杂的大气化学反应而生成的二次细颗粒物。

 

曾经有人做过实验,测量家用机动车尾气排放中的PM2.5的数值,发现机动车尾气中的PM2.5的数值并不高。专家认为,这是正常现象,因为发动机排放的主要是气体不是PM2.5颗粒。但是,发动机排放的气体会在空气中形成PM2.5颗粒。

 

中科院“大气灰霾追因与控制”专项首席科学家贺泓:机动车所排放的污染物大部分是气态污染物,比如说氮氧化物VOC,它在后期会产生二次颗粒物,氮氧化物会变成硝酸盐,VOC会变成二次有机颗粒物,同时,氮氧化物和VOC的存在,还会促进二氧化硫向硫酸盐的转化,所以机动车对呈霾的贡献主要体现在二次颗粒物的贡献上。

 

中科院从2012年9月开始启动了关于雾霾的追因与控制的专项研究,主要以京津冀、长三角、珠三角等城市群为核心,对这些典型区域雾霾形成的物理化学机制进行研究,为控制雾霾污染提供科学可行的技术和政策解决方案。

 

汽车尾气为何会产生PM2.5?

 

中科院生态环境研究中心副研究员刘永春做了一个实验,模拟排放的污染气体在大气里面的转化过程。

 

实验往烟雾箱里加了挥发性有机物和氮氧化物,这些都是机动车会排放的气体,过了两个小时,仪器显示,烟雾箱里的颗粒物在增加。实验说明,原来的气态污染物在大气里面通过转化,会生成大量的颗粒物,这实际上也是霾的形成途径之一。

 

另外一个实验中,一个管子里是颗粒物,另一个管子加入含二氧化硫的空气,当这两个管子里的东西混合在一起时,能看到气态的二氧化硫向颗粒物转化。也就是说,在污染条件下,空气中已有的颗粒物会进一步加剧气态污染物向颗粒物转化,导致更多的颗粒物生成。

 

京津冀复合污染 卫星图像显示近两年污染减轻

 

中科院“大气灰霾追因与控制”专项首席科学家贺泓:京津冀是一个典型的复合污染格局。北京是后工业化时代了,超大城市,主要污染来自生活交通污染,比如说具有代表性的氮氧化物;天津是工业化后期,也是超大城市,但是它的典型污染行业是石油化工所带来的典型的VOC污染;河北是一个典型的工业化前期,或者叫中期,主要是重化工,散烧煤典型的污染是二氧化硫,还有农畜牧业氨的排放,造成了复合的大气污染。

 

从卫星观测图可以看到,京津冀及周边地区的颜色最重,从红色到黄色深浅不一。红色代表PM2.5的年平均值(单位: 微克/立方米)在120到150之间,黄色代表PM2.5的年平均值在90到120之间,绿色代表PM2.5的年平均值在60到90之间,蓝色代表PM2.5的年平均值在30到60之间。一组北京市从1999年到2016年的卫星遥感观测图显示,颜色每年都有不同,2013年最红,但是这两年颜色却开始变绿了。

 

 

 

中科院遥感与数字地球研究所研究员顾行发:从2013年采取大气行动计划以后,从年平均的角度来讲,可以明显看到主基调由红变成了绿,变成了蓝,这是一个稳步下降过程,完全用卫星把一年的数据平均下来得到的,反映的不是一天两天的偶然的现象,反映的完完全全是一个综合情况。

 

为什么我们感受不到PM2.5下降了?

 

北京市2016年的PM2.5的平均值是每立方米73微克,无论是从地面观测数据上看,还是从卫星遥感观测结果上看,从2014年开始,这个区域的空气质量在逐年好转,但是,为什么我们感受不到呢?

 

中科院遥感与数字地球研究所研究员顾行发:我们分析发现,这是一个季节变化的问题,全年污染降低了,但是细分析发现,冬季的PM2.5数值不仅没有降低,甚至还有一点增加。

 

冬季污染的增加让人们感觉到雾霾越来越重,但是其他季节污染减少,导致年平均值降低了。数据显示,2015年4月份到9月份京津冀地区的PM2.5平均数值已经接近长三角和珠三角地区,但是在两头,也就是冬季的数值要高出很多。

 

为什么京津冀地区冬天的PM2.5的数值依然高居不下?

 

中国工程院院士、清华大学环境学院院长贺克斌:核心内因是排放,重要外因是气象。冬季在中国的北方地区,京津冀要采暖,这个民生的刚需,使各种污染物的排放量平均增加了将近30%。

 

除了排放的原因以外,另一个重要的原因是气象条件发生了变化,越来越不利于污染物的扩散。如果把京津冀地区比做成一个房间,这个房间本来就不是南北通透的,只有一面有窗,而且随着全球气候变暖,冬季的风少了,不仅风少了,屋顶的层高也低了。中国气象局的探空分析发现,2013年的逆温层高度是1700米,2014年是2000米,2015年是1000米,2016年变成了500米。

 

中国气象科学研究院研究员,中国工程院院士徐祥德:由于逆温层上面是暖的,下面是冷的,空气的垂直扩散对流很弱,且根本不可能突破逆温层,在这个情况下污染状况就压缩在逆温层之下,就像房间越来越小了。到了2016年,同样12月份,虽然我们减排,但是房间变小了。虽然我们烟少抽了,比方两根变成一根了,但是空间变小,烟仍然产生了很大作用。

 

去年入冬以来,京津冀地区就经历了多次重度污染。为什么京津冀地区会是这样一个状况呢?

 

中国工程院院士郝吉明:外因就是京津冀地方有太行山脉和燕山山脉,是一个弧状山脉,容易聚集污染物;内因是这个地方排放的污染物的量接近或者超过了大气容量,这个地方的社会活动水平,每平方公里比全国高2到3倍,甚至有些到4倍。

 

据华唯大气重金属在线分析仪的专家介绍,京津冀的钢铁产量占了全国40%~50% ,京津冀及周边地区消耗的煤每年超10亿吨,比美国全国消耗煤总量都要高。这些地方煤炭消费量在快速增长,过去这里年人均消耗煤不到1吨,现在平均每年每人消耗3~4吨,再加上人口增加,机动车保有量迅速增加,北京市1000人有300辆汽车,只有减少污染物的排放才能彻底改变京津冀严重污染的状况。

 

虽然气象条件的变化给治理雾霾带来了新的挑战,但我们要明白:排放是内因,气象是外因。我们很难改变地形和气象条件,但是可以通过改变生产方式、消费方式,来减少污染物的排放总量。

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