灰霾天氣的形成與灰霾監測

盧照方

（中節能六合天融環?？萍加邢薰?，北京100085）

1 引言

灰霾又稱大氣棕色云，灰霾天氣加重空氣污染程度，使空氣混濁，能見度降低，危害人體健康。所以，都市灰霾的出現具有重要的空氣質量指示意義［1］。分析灰霾天氣成因的氣象條件主要包括合適的大尺度天氣形勢；氣流停滯區、近地面靜小風；大氣邊界層存在強逆溫層；強日照和低相對濕度以及以上條件持續多日維持等［2］?？諝庵袣馊苣z、細粒子污染加重灰霾天氣空氣污染，特別是在城市群密集區域大氣復合型污染問題凸現，導致城市能見度下降。為有效評定灰霾天氣對空氣質量的危害程度，基于灰霾天氣與空氣污染的相互關系，對灰霾中各項污染物成分的準確連續監測顯得尤為重要。

中國氣象局對于灰霾的定義是，霾是一種天氣現象，是大量極細微的干塵粒等均勻地浮游在空中，使水平能見度小于10．0km的空氣普遍混濁現象，又稱灰霾。美國氣象學會的定義為顆粒物懸浮在空氣中，散射光而降低能見度；通常由氣溶膠和光化學煙霧組成。美國環保總署的定義為大氣中因大量而可見的氣溶膠，這些顆粒物十分細小，單個肉眼不可見，但引起所見物的扭曲和可見范圍的下降。

形成灰霾天氣的大氣氣溶膠主要來源于自然排放和人類活動的排放，但是在一段時期內，無論是自然排放和人類活動排放的氣溶膠粒子的總量是大致穩定的，而決定性的控制因素就是氣象條件?；姻蔡鞖獬霈F時，一般都伴隨著靜小風、強日照和低相對濕度。嚴重的灰霾天氣無一例外地都出現在邊界層強逆溫的情況下，逆溫層如同一個鍋蓋，限制其內物質的擴散和稀釋；另一方面，城市化、工業化的發展造成下墊面屬性改變，也使得城市大氣邊界層的物理結構在發生變化。

2 灰霾天氣的形成

所謂灰霾天氣，是指空氣中的氮氧化物、顆粒物的總量大，導致能見度低?；姻蔡鞖獾男纬捎袃煞矫嬖?，即不利的氣象條件，大氣顆粒物（特別是細顆粒物PM2．5）和氣體污染物的增加?；姻灿绊懘髿猸h境質量，影響氣候和能見度，影響人體健康，尤其是細顆粒物（PM2．5）會分別沉積于上、下呼吸道和肺泡中，引起鼻炎、支氣管炎等病癥，長期處于這種環境還會誘發肺癌。同時灰霾還會加快城市遭受光化學煙霧污染進程。

由于經濟規模迅速擴大和城市化進程加快，大氣氣溶膠污染日趨嚴重，由氣溶膠造成的能見度惡化事件越來越多，這些人類活動排放的污染物，包括直接排放的氣溶膠和氣態污染物通過化學轉化與光化學轉化形成的細粒子二次氣溶膠，可形成灰霾（特指人類活動源排放的大氣污染物誘發的低能見度事件），致使能見度下降。我國東部地區灰霾天氣迅速增加，灰霾天氣的本質是細粒子氣溶膠污染，與光化學煙霧相關聯，形成灰霾天氣的氣溶膠組成非常復雜。近年來由于灰霾天氣日趨嚴重引發的環境效應問題和氣溶膠輻射強迫引發的氣候效應問題，廣泛地引起科學界、政府部門和社會公眾的關注，而成為熱門話題。

近年，在不利氣象條件下，區域性灰霾天氣在我國頻繁出現?；姻蔡鞖馀c我國車用燃油中硫的含量遠遠高于歐美發達國家直接相關。根據統計數據分析，目前我國新生產機動車排放水平落后歐美發達國家8年以上，轎車排放氫氧化物是美國的3．5倍，氮氧化物是美國的2．5倍，農用車排放標準至少落后歐洲20年以上。

據有關調查顯示，北京市的灰霾天氣近幾年呈現逐年上升的趨勢。在北京市的道路兩側，交通微環境的污染物人均小時吸入量是北京市整體平均的污染物人均小時吸入量的5倍左右，這導致了呼吸道疾病發病率呈上升趨勢?；姻蔡鞖獾某霈F，使空氣能見度變差，影響海、陸、空交通運輸，增加交通事故頻次，還造成空氣質量下降，誘發鼻炎、支氣管等多種呼吸道疾病，危害人體健康［3］。

3 影響灰霾天氣產生的因素及其分析

空氣中能見度的變化有一定的延續性，灰霾發生的前后兩天的能見度相差較小。氣壓對灰霾天氣產生的影響較大。升溫的現象越明顯，灰霾越嚴重。且逆溫現象的出現對灰霾天氣的產生有一定的影響?？傮w上灰霾當天的相對濕度均值要低于灰霾發生前一天相對濕度均值，這種趨勢越明顯，灰霾等級越輕。風速和云量在灰霾當天和灰霾前一日的變化不大，隨著風速逐漸變小，云量逐漸加大，灰霾等級逐漸加深。

灰霾期間，隨著灰霾等級的加大，PM10、SO2和NO2濃度呈上升趨勢，O3濃度表現出下降的趨勢。灰霾前一日的濃度小于灰霾當天PM10的濃度，兩者濃度的差異隨著灰霾嚴重等級的增加而逐漸加大?；姻舶l生后一天，大氣污染水平加重的可能性較大?；姻蔡鞖獬霈F后，有較強的連續性，越是嚴重的灰霾天氣，影響的范圍越大，時間越長。因此，應該重視灰霾發生的3～5d。

氣象地形特征，污染源排放類型和地理分布，季節差異都會對灰霾的發生產生一定的影響，要準確預測城市主城灰霾的發生，存在困難。初步統計分析，得出重慶主城灰霾發生的PM10參照基準濃度為0．094mg／m3。當第1天能見度在5km以上，第2天較前一日氣溫升高、氣壓下降、相對濕度下降、云量有所減弱時，會比較容易發生灰霾天氣。

4 灰霾的監測

專門的灰霾監測系統包含氣溶膠監測儀、水份監測儀、VOCS監測儀，能見度監測儀、UV輻射計等，如需滿足預警預報，還應配備大氣穩定度監測儀，系統可實現PM10、PM2．5、黑碳、二氧化硫、氮氧化物、一氧化碳、臭氧、大氣的穩定度及氣象參數（包括風速、風向、溫度、濕度、大氣壓、降水、能見度、太陽輻射）等指標的監測，能夠很好的監測造成灰霾天氣的主要物質成分。灰霾監測將是對常規大氣監測的有效補充，對于提高預防灰霾天氣，使得人們提前做好灰霾天氣防護措施，以及為灰霾污染的治理提供良好的依據都起著至關重要的作用。

隨著人們對灰霾危害認識的加深，以及國家對灰霾治理的重視，目前已經有部分城市建立了自己的灰霾監測站，并開設了灰霾治理課題，這些灰霾監測站點所提供的數據，可以為預防和治理灰霾天氣提供依據，同時也可以為氣象預測服務。

4．1 標準型灰霾監測站

對灰霾監測所必須的參量實施測量。主要監測參數包括：氣象參數、能見度、氮氧化物、二氧化硫、臭氧、PM10、PM2．5、PM1、消光系數、渾濁度、黑碳濃度、氣溶膠光學厚度等。

4．2 擴展型灰霾監測站

在完成基本灰霾監測后，為了開展更多的科學實驗和收集更多數據而增加其它與灰霾相關的參量。主要監測參數包括標準型灰霾監測站所有參量、揮發性有機化合物、NOx、顆粒物粒徑分布、顆粒物化學成分、硫酸鹽、OC／EC、硝酸鹽、銨鹽等。

據了解，灰霾監測站除配備了常規的環境空氣污染物監測儀器外，還增加了能見度、濁度、有機碳、元素碳、氣溶膠粒徑、黑碳等灰霾監測專用儀器。監測站通過設在屋頂的探頭收集空氣，然后利用各種儀器重點對大氣能見度、氣溶膠特性、氣溶膠質量濃度等開展連續監測，同時對臭氧等反應性氣體進行監測，獲得其濃度值和相應變化趨勢。

灰霾監測站的建成彌有利于研究城市大氣灰霾、細顆粒與超細顆粒、揮發性有機化合物（VOC）的來源、成因與轉化機理；更好地分析潛在的環境風險，摸清污染來源，為構建區域性灰霾監測網絡和預測預警系統奠定了基礎。

5 控制灰霾的措施及建議

（1）控制主要污染源。包括揚塵污染；機動車尾氣污染；燃煤污染；區域聯防聯控。

（2）加強灰霾預測預報研究。開展灰霾天氣測預報預警方法的研究和業務平臺建設：為廣大市民提供防御指引；為政府實行動態調控的環保措施的決策服務。

（3）根據氣象條件動態調控。加強與氣象部門的合作，根據氣象條件的預測，對主要污染源實行動態調控。加強城市科學規劃和生態建設，開展顆粒物對人體健康影響研究，深入系統開展灰霾研究。

［1］吳 兌．再論都市霾與霧的區別［J］．氣象，2006（4）：61～62．

［2］鐘流舉．灰霾天氣背景資料［R］．北京：中國環境監測總站部分省市站長座談會，2007．

［3］中央氣象局．地面氣象觀測規范［M］．北京：氣象出版社，1979．