分析大氣顆粒物對能見度影響

閔如強　周麗

【摘要】全球陸地的大氣能見度在過去數十年間呈普遍降低的趨勢，其中亞洲的大氣能見度在過去十年降低幅度最大。霧霾是影響能見度的主要因素之一，隨著經濟生產生活的快速發展，霧霾天氣出現的范圍呈現出進一步擴散的趨勢，我國大部分地區的大中型城市均受到了影響，所造成的后果比較嚴重。基于此背景下本文展開了大氣顆粒物對能見度影響的研究，希望能夠為實際的治理工作提供經驗參考，以推動我國環保事業的快速發展，為人與自然和諧相處做出應有的貢獻。

【關鍵詞】霧霾；能見度；大氣粒顆粒；

1.大氣能見度的影響因素

懸浮在大氣中的氣溶膠顆粒通過散射和吸收而影響太陽輻射的傳輸，使其強度和傳輸方向發生改變，其中人們感受最為直觀的是能見度降低。大氣能見度定義為水平背景天空下人的肉眼可識別黑色目標物體的最遠距離。人的視線感知大氣中物體的能力取決于大氣中懸浮的顆粒和氣體的濃度，這是由于它們對光的散射和吸收效應（包括將光散射至目標物使其看上去像漂洗過的），導致目標物體顏色的變化和對比度的降低。而且，云、霧和降雨也對能見度有影響。大多數霾是由于人為活動所直接排放的顆粒物（即二次顆粒物）所引起。

而目前空氣質量管理部門大多以基于能見度的氣象學判斷來識別霾過程。當各種源排放產生的細顆粒物（即PM2.5）及其前體物共同導致打面積區域能見度低，即認為發生了區域性顆粒物污染，亦即區域霾。在《霾的觀測和預報等級》中規定了霾的判試條件：能見度低于10.0km，排除降水、沙塵暴、揚沙、浮塵、煙霧、吹雪、雪暴等天氣現象造成的視程障礙，相對濕度小于80%，判識為霾；相對濕度為80%-95%時，按照地面氣象觀規范規定的描述或大氣成分指標標進一步判試。

大氣顆粒污染對能見度的影響體現在局地和區域兩種空間尺度上。局地煙或污染云團導致能見度降低。由于煙羽離開排放源的距離較短，因而影響局地能見度的主要是一次顆粒物。區域性的污染可導致霾延綿數十公里乃至數百公里。在大范圍廣泛分布的排放源對區域霾均有貢獻，并且由于滯留時間長，區域霾通常主要是由二次顆粒所致。

霧-天氣一般是靜穩積累型重污染的表征，霧-發生時風速小，濕度大，并伴隨有明顯的近地層逆溫，因而大氣污染物難以擴散而逐漸積累，且有利于二次顆粒的形成，而導致細顆粒物濃度居高不下。霧和霾相互轉化，使細顆粒物在大氣中存留時間延長，更易造成持續的霾污染。在霧和霾相互轉化中，PM2.5作為凝結核而反復被利用，因而其作用被放大。因此，霧-霾污染的實質是細顆粒物污染。

大氣顆粒物對能見度的影響與其粒徑、成分及其吸濕性、混合狀態等性質有關。在大氣中主要是粒徑為0.1-2.0um的顆粒物通過對光的散射而降低物體與背景之間的對比度，從而降低能見度。在這一粒徑范圍的顆粒物種，二次SO4 2-和觀測網所測量的PM2.5化學成分和光學性質，回歸其化學物種的質量消光效率并重構消光系數，稱為IMPRVE化學消光收支。

在IMPROVE消光算法中，被分配消光系數的各PM2.5化學組分并非直接測量的元素和離子

等成分，而是根據這些成分的含量所重構的化合物，即為化學物種，包括（NH4）2SO4 、NH4、NO3、

顆粒物有機物（POM）、BC和礦物塵等。

2006年發布的IMPROVE報告基于對PM2.5化學物種及其消光系數重構誤差的評估對消光算法進行了修正：考慮到觀測到的組分的干質量散射效率隨其濃度的增加而增加，將（NH4）2SO4、NH4、NO3和POM按粒徑大小分為兩個模式并賦予不同的質量消光效率和吸濕增長因子（對POM仍注意的是ROC可隨季節性變化的主導排放和氣粒轉化，甚至隨氣團來向等的變化而不同；今年來基于高分辨率飛行時間質譜儀的研究支持對ROC取較高的值。

根據IMPROVE消光算法，消光主要是由硫酸鹽和POM所造成，尤其是前者；而在西部多數地區，硫酸和POM都很重要；而在南部地區如加利福尼亞，則是硝酸鹽對消光起主導作用。在西北部根據強化觀測其結論認為PM2.5中的POM是消光的主要貢獻者，其次是硫酸鹽；在消光最大期間，POM、硫酸鹽和BC起主導作用；反之在其最小時，POM和硫酸鹽起主導作用。

2.中國關于大氣顆粒物對能見度的影響研究

在中國，部分研究比較了霾與非霾期間不同地區PM的化學組分、單顆粒的理化特征及氣態前體物的變化特征等。綜述了霾引起能見度下降的原因和機理，介紹了能見度的測量方法、國內外研究方向及霾治理措施。其研究認為形成的原因只要有兩個：一是特殊的地形或者氣象條件使氣流停滯。二是有過量的大氣污染物排放；當天氣條件不利于污染物的稀釋擴散，污染物排放超過環境容量時，即會出現霾。

3.大氣顆粒物對能見度的影響危害分析

自20世紀世紀70年代以來，大氣顆粒物對能見度的影響就一直是環保部門關注的問題之一。盡管在大氣中只占很少的一部分，但顆粒物對城市大氣光學性質的影響可達99%。大量的研究表明PM2.5 與能見度密切相關。大氣能見度主要是由大氣顆粒物對光的散射和吸收決定的：

散射作用：空氣分子對光的散射作用很小，其最大的視距（極限能見度）為100—300Km（具體數值與光的波長有關）。在實際的大氣中由于顆粒物的存在，能見度一般遠遠低于這一數值：在極干凈的大氣中能見度可達30Km以上；在城市污染大氣中能見度可在5Km左右甚至更低；在濃霧中能見度只有幾米。在大氣氣溶膠中，主要是粒徑為0.1-1.0微米的顆粒物通過對光的散射而降低物體與背景之間的對比度，從而降低能見度。在這一粒徑范圍的顆粒物中，含有so4-2的粒子和含有NO3-的粒子最易散射可見光。

吸收作用：PM2.5對光的吸收效應幾乎全部是由碳黑（也稱元素碳）和含有碳黑的顆粒物造成的。盡管全世界每年排放的碳黑僅占人為顆粒物排放量的0.2-1.0%和全部顆粒物排放量的0.2-1.0%，但其引起的消光效應卻要高得多，在某些地方甚至可以使能見度降低一半以上。

4 提高能見度，污染防治措施有：

主要從六個方面著手，一是要控制源頭，不能在城市上風向建大氣污染重的企業，要淘汰落后的工藝和設備；二是要對大氣污染嚴重的企業進行治理，做到少排廢氣；三是提倡使用天然氣、水電、風能、核能和太陽能等清潔能源，盡量少使用煤炭、重油和廢料等污染重的燃料；四是要發展公共交通，減少車流量，提高機動車輛污染排放標準；五是要控制生活污染，餐飲油煙機要定時清洗，干洗機要封閉操作，通過灑水作業等方式防止建筑和道路揚塵；六是要注意農業農村污染，不能露天燒秸稈和垃圾，少用農藥和化肥，多種樹。

5 結語

綜上所述，我國目前對大氣污染物的成因以及來源研究已經取得了初步的成果，相應的標準也已經出臺，對社會經濟活動具有明確的指導和約束作用，相信隨著科學技術的不斷發展，大氣污染現象將會得到有效的治理，居民的生活環境也將會得到有效的改善。

參考文獻：

[1]譚吉華.廣州灰霾期間氣溶膠物化特性及其對能見度影響的初步研究[D].中國科學院研究生院（廣州地球化學研究所），2007.

[2]楊復沫，歐陽文娟，王歡博，劉源，田密.大氣顆粒物對能見度影響的研究進展[J].工程研究-跨學科視野中的工程，2013，12（03）：252-258.