霧霾天氣PM2.5中元素特征分析

安樂

（營口市環境監測中心站 遼寧營口 115000）

霧霾天氣PM2.5中元素特征分析

安樂

（營口市環境監測中心站 遼寧營口 115000）

隨著近年來城市污染的嚴重，霧霾天氣在城市中越來越常見。霧霾帶給我們的不僅僅是大氣的可見度大幅度降低，而且也會對我們的呼吸道健康造成很嚴重的損傷。實際上霧霾天氣的起因除了空氣污染還有部分氣象因素，霧霾天氣發生時，大氣中的顆粒物特別是細顆粒物的濃度大幅度增加，這就是我們見不到太陽的原因。本文從PM2.5的霧霾天氣中的元素特征入手，簡單分析一下可能造成城區的霧霾天氣的原因，為未來能夠有效解決城市霧霾問題鋪路。

PM2.5；霧霾天氣；元素特征

PM2.5指的是空氣動力學直徑小于等于2.5μm的大氣細顆粒物。近年來因為種種原因，大陸的很多城市霧霾天氣嚴重，其中以國都北京較為嚴重。總體來說，城市霧霾天氣已經成為了城市中的一大隱形殺手，一方面霧霾天氣的能見度急劇降低，大大增加了發生交通事故的幾率，另一方面，空氣中大量的細顆粒物導致了人體的呼吸道非常脆弱，嚴重影響了人體的健康。

實際上國家很早就已經開始重視對城市霧霾天氣的成因和解決辦法的研究了，近幾年來已經明確了通常情況下城市霧霾天氣的元素特征，并對一些對霧霾天氣影響較大的工廠等采取了一定措施，取得了一定的結果。

1 PM2.5元素分析

1.1 PM2.5中金屬元素

根據有效研究表明，大部分城市的PM2.5天氣相對于正常天氣有不少于27中元素濃度有明顯升高。這27種元素中包括As、Cr、Pb、Ti、V等重金屬元素，這些重金屬元素是城市霧霾天氣中主要的無機污染物。

具體來說，霧霾天氣中的無機污染物大概可以劃分成三個等級，第一個等級的元素有As、Cr、Cu、Pb，這些金屬元素通常在霧霾天氣中的富集因子大于10，也就是高度富集。第二個等級的金屬元素包括Sb和Sn，這兩個元素在霧霾中的富集因子介于1～10之間，富集級別在中級。最后一級屬于輕度富集，在大氣中富集因子不到1或者接近于1，主要有Ti和V等。根據相關調查結果，霧霾天氣中高度富集的重金屬元素的來源主要是汽車尾氣、化石燃料的燃燒導致的空氣污染，人為因素非比較明顯，但是其他的來源還有待調查和確認。

總體來講，PM2.5的霧霾天氣中最值得注意的當屬As等高度富集的有毒重金屬元素，這些元素在城市霧霾天氣發生時的濃度接近或者已經超出了參考限值，甚至出現了有As濃度超出參考限值5倍左右的記錄。相關的部門應該重視對重金屬元素污染的治理工作，盡可能降低化石燃料的燃燒量，并倡導使用清潔能源作為人類日常生活中的主要能量來源。

1.2 PM2.5中的有機碳和元素碳

根據資料，城市霧霾天氣中有機碳和元素碳在霧霾天氣中的比重也相當可觀，在某一些污染比較嚴重的城市的霧霾元素組成分析中，碳污染物后者含碳污染物在大氣細顆粒物中的比例能占到大概一半。細顆粒物中的含碳物質包括污染源直接排放的一次有機碳和在經過大氣光化學反應之后的氣態有機前體物形成的二次有機碳，或者來源于人類的對化石能源的燃燒和排放。空氣中的含碳物質濃度如今已經成為了大氣污染的一項重要指標。

霧霾天氣也會出現超過日常濃度的碳氣溶膠，碳氣溶膠是一種對溫室效應、人體健康、大氣能見度都有著重要影響的指標。在北方，由于冬天城市中都依靠化石燃料的燃燒通過暖氣來取暖，所以含碳空氣污染在北方尤其嚴重，根據相關數據，采暖期間PM2.5嚴重的城市大氣細顆粒物的濃度為90.69μg/m3左右，有機碳和元素碳的質量濃度在每立方米21.91μg和5.03μg，質量濃度的峰值有機碳和元素碳分別能達到接近50%和接近10%，是大部分北方霧霾天氣形成的重要原因。

1.3 元素特征的季節性變化

其實霧霾天氣的成因和季節和氣候也有非常直接的關系，根據有記載的資料顯示，很多城市在夏季的PM濃度會比冬季有較為明顯的變化，這是因為大部分的城市雨量主要集中在夏季，而雨水能具有比較明顯的對大氣細顆粒物的清除作用。相反，大部分城市的秋冬季節由于天氣比較干燥，細顆粒物也比較容易在大氣中懸浮，所以普遍霧霾天氣較多。春季的霧霾天氣頻率高于夏季，但是不如秋季和冬季。

而根據不同季節各種元素的詳細情況，我們發現不同季節元素濃度排在前六位的并沒有特別明顯的變化，這六種元素只是前后順序有所變化，分別是Ca、Al、Fe、S、K、Mg。這六種元素中，Ca元素的濃度在多風沙的城市中尤其高，有記錄顯示在北京春季的霧霾天氣中，Ca元素的濃度曾一度達到10個百分點。其次是S元素，這種元素的排放主要原因就是化石燃料尤其是煤的燃燒，所以在北方的秋冬時節硫污染更為明顯，全年的平均質量濃度在4%左右。

整體來說，霧霾天氣中的元素主體都是源于化石燃料的燃燒和重金屬污染，而不同的地區的霧霾天氣元素特征根據不同的氣候特點而稍顯差異。但是可以確定的是，只要相關部門能有效控制對化石燃料排放的限制和對重金屬污染處理，那么城市的霧霾終有一天會徹底消散。

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