城市大气中 PM-2.5 污染控制的意义与途径

　PM-2.5 是指由固体粒子和液态粒子混合组成的、粒径小于 2.5 微米的细粒子。PM-2.5 气
溶胶是典型的大气累积性的复合污染形态。PM-2.5 气溶胶的复合污染作用往往超过传统
的大气污染物,日益成为表征城市大气污染的首要指标剖析 PM-2.5 的组成与来源、分析
PM-2.5 控制的有效途径,对治理城市大气污染的近期目标和长远目标均有积极意义。
　　1.PM-2.5 控制的意义
　　1.1PM-2.5 是导致城市人为能见度下降的祸首
　　光波在大气中传播时, 因受气溶胶和气体分子的散射和吸收而削弱。光的强度按指数
律衰减, 对波长为 λ 的单色光有:
　　Iλ=Ioλexp[-∫[SUB]o[/SUB]Rbλ(r)dr]
　　式中 Iλ 为衰减后的光强度;Ioλ 为入射光强度;R 为光传播距离;bλ(r)为传播路径上的消
光系数。大气消光系数是气溶胶消光系数和气体分子消光系数之和。在低层大气中气溶胶
粒子的消光效应远大于空气分子的消光系数。能见度与平均大气消光系数之间有关系式:
　　R=3.912/b
　　式中 R 为水平能见度(公里); b 为白光的大气消光系数(公里-1)。低层大气中影响能见
度的大气粒子可分为以下三类模态:
　　①.核粒模态: 0.005

—

微米 0.1 微米

　　②.积聚模态: 0.1

—

微米 2.5 微米

　　③.

 

粗粒模态 : 2.5

—

微米 100 微米

　　在以上三类粒子中,粒径小于 2.5 微米的粒子(PM-2.5)的消光作用远大于粒径在 2.5 微
米以上的粒子。在小于 2.5 微米的粒子中,粒径在可见光波长范围(0.4

—

微米 0.7 微米)内的

气溶胶粒子的消光作用最强。PM-2.5 的化学组分主要包括硫酸铵(亚硫酸铵)、硝酸铵、有机
炭、炭黑和灰尘等五类。大气消光系数与这些大气污染物浓度之间的关系可表达为:
　　be=br + ∑βiCi
　　式中 be 为消光系数; br 为天然大气分子对光的散射(

 

使天空呈现蓝色 ); βi 为 i 类污染

物粒子的消光率(m2/g); CI 为 I 类污染物粒子的浓度(ug/m3)。研究表明(Malm et al.,1996), 上
式还可近似地表达为:
　　be=br + 3f(RH)[硫酸铵浓度] + 3f(RH)[硝酸铵浓度] + 4[有机碳浓度] + [土壤粒子浓度] 
+ 0.6[粗粒子浓度] + ba
　　式中 f(RH)为随相对湿度而变化的散射率; ba 为吸光系数(主要是炭黑的吸光作用)。由
此可知,在影响大气能见度的粒子中, 二次粒子占有重要的的地位。此外,二次粒子的消光作
用与大气的相对湿度密切相关。二次粒子在水滴的作用下能相互凝结成粒径较大的粒子
(0.3

—

微米 1.5 微米),从而对可见光(波长为 0.4

—

微米 0.7 微米)的散射作用增强。在大气相

对湿度大于 70%时,二次粒子散射率增加的现象就更为明显(Rogers and Watson, 1991)。二次
粒子散射率随相对湿度变化函数可表达为:
　　f(RH) = bs(RH) /bs(0%)
　　式中 bs(RH)为相对湿度大于 0%时的湿散射率; bs(0%)为相对湿度为 0%时的干散射率。
在美国,由于东部的相对湿度较高(年平均为 70%-80%),西部的相对湿度较低(年平均为
50%-60%),加上东部地区硫酸铵(亚硫酸铵)的水平较高,结果导致东部地区的能见度明显低
于西部地区(OAR,1996)。
　　由此可知,在影响大气能见度的粒子中, PM-2.5 占有极其重要的主导地位。由于 PM-2.5
的原因,美国大部分地区的能见度只有天然能见度的 30%。在美国的许多地方(例如国家森
林公园和自然保护区),尽管大气中常规的污染物指标均达到规定的标准,但仍被能见度的