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科学专栏
  Science column
影响灰霾的因素及其危害
编辑:赛克玛浏览次数:3418 时间:[15-02-03]

文 / 张欣 中国环境监测总站大气室

近年来,随着经济快速发展、汽车保有量不断增加以及城市化进程加剧,中国的灰霾污染日益加重。灰霾天气呈现出频率增高、持续时间增加、影响范围不断扩大等特点。由于灰霾是一种气溶胶和污染气体造成的城市和区域性污染现象,会对人的视觉和其他健康造成极大影响,因此已经引起全球普遍关注。中国大陆存在着四大灰霾污染区:黄、淮、海地区、长江河谷地区、四川盆地和珠江三角洲。其中,珠江三角洲是中国灰霾天气出现最为频繁的地区。但近年来,北京、天津、上海等大城市以及长江三角洲的灰霾事件也频繁发生。

灰霾已成为当今影响中国大气环境质量的主要问题之一,也是当下百姓最为关注、但又对其认识最为有限的大气环境问题。因此,有关部门有必要在全社会开展正确的舆论宣传,使人们科学、合理地认识灰霾,应对灰霾。

灰霾的形成机制

灰霾形成的污染因素

高浓度的大气颗粒物是灰霾形成的主要因素。大气颗粒物的来源主要有以下三类:一是工厂直接排放的粉尘和机动车的道路扬尘,属于机械污染;二是大气中的二氧化硫、氮氧化物、氨气等形成的气溶胶颗粒,属于化学污染;三是在太阳辐射下大气中的多种化学组分发生光化学反应形成的光化学烟雾,属于光化学污染。

大气细粒子(PM2.5)浓度和化学组分与灰霾也有密切关系。已有研究表明,当PM2.5小于某一数值时,能见度会迅速升高。由此说明,在PM2.5治理的开始阶段,虽然大气颗粒物浓度下降了,但对于灰霾的改善并不是非常显著,而当PM2.5浓度降低到一定程度后,灰霾的改善效果才会逐渐显著。在某些情况下,PM2.5浓度并不能很好地解释能见度下降的原因,这是因为灰霾除了与PM2.5浓度有关外,还与PM2.5中的化学成分有关。

大量科学观测实验证实,硫酸盐、硝酸盐等吸湿性气溶胶颗粒物的散射特性对能见度下降有重要影响。工业生产排放的硫化物以及城市交通排放的氮氧化物经光化学反应后,在大气中极易形成硫酸盐、硝酸盐气溶胶颗粒,而在大气相对湿度较高时,这些强吸湿性气溶胶的散射能力会激增,导致局域能见度锐减。但在不同地区,硫酸盐和硝酸盐的贡献不同。研究表明,在美国东部地区,硫酸盐对能见度降低的贡献率为68%,有机碳为16%,列第二大影响因子。在美国西部大多数地区,大气中的硫酸盐和有机碳都很重要。而在加利福尼亚州南部,大气中的硝酸盐则是能见度降低的最大影响因素。

此外,颗粒物中的元素碳EC(又称黑碳BC)对光的吸收影响也很重要,黑碳颗粒物对颗粒物总的光吸收贡献在90%~95%以上。每年世界上排放的黑碳量占碳排放总量的1.1%~2.5%,占全部颗粒物排放总量的0.2%~1%。这些颗粒物对光的吸收会使一些地区能见度降低一半以上。

灰霾形成的气象因素

气象因素如相对湿度、风速、风向、逆温层和大气混合高度都会影响灰霾天气的形成。在这些气象因素当中,风速、相对湿度和逆温层被认为是影响灰霾形成的最主要因素,其中最主要的两点是:(1)水平方向静风现象的增多。近年来城市高层建筑越来越多,增大了地面摩擦系数,严重阻碍了风的水平流动,污染物的横向稀释、扩散能力变差,容易在城区内积累形成高浓度污染;(2)垂直方向的逆温现象。目前,由于排放的增加,城市上空容易频繁出现逆温层现象,垂直方向的逆温层又导致了人类活动排放的大量颗粒物和污染气体等滞留在近地层,这使得城市被长期笼罩在灰霾之中。

灰霾的危害

加重城市光化学烟雾污染。光化学烟雾是一种淡蓝色的烟雾,它主要是由于汽车尾气和工厂废气里含大量氮氧化物和碳氢化合物,这些气体在阳光和紫外线作用下发生光化学反应,产生光化学烟雾。它的主要成分是一系列氧化剂,如臭氧、醛类、酮等,毒性很大,对人体有强烈的刺激作用,严重时会使人出现呼吸困难、视力衰退、手足抽搐等现象。

对人类身体健康的影响。灰霾天气中大气颗粒物浓度较高,其中PM2.5的比重较大,颗粒物表面富含大量有毒有害物质,这些物质能直接通过呼吸系统进入人体并粘附在上下呼吸道和肺叶中,尤其是亚微米粒子会分别沉积于上、下呼吸道和肺泡中,引起鼻炎、支气管炎等病症,诱发呼吸道疾病,如果长期处于这种环境还会诱发肺癌。另外,灰霾天气会导致近地层紫外线的减弱,由于太阳中的紫外线是人体合成维生素D的惟一途径,紫外线辐射的减弱直接导致小儿佝偻病高发。同时,紫外线也是自然界杀灭大气微生物如细菌、病毒等的主要武器,紫外线的降低易使空气中的传染性病菌活性增强,传染病增多。此外,灰霆天气容易让人产生悲观情绪,如不及时调节,很容易对心理健康产生影响。

影响自然与农业生态系统。灰霾通过对太阳光的吸收与散射,导致太阳辐射强度减弱与日照时数减少,从而影响植物的呼吸和光合作用,这可造成农业减产、绿地生态系统生长受阻等。

此外,灰霾使能见度下降,会直接影响海、陆、空的交通安全。