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想知道為什么今天空氣特別差嗎?
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想知道為什么今天空氣特別差嗎?

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為什么今天的PM2.5濃度比往常高這么多?為什么早上看起來霧蒙蒙的,到了中午空氣又變好了呢?為什么冬天會出現連續的霧霾天氣,而夏天卻天朗氣清呢?想知道是哪些因素影響了PM2.5的濃度嗎,或許可以從這篇文章中找到答案。
 
PM2.5最主要的來源來自人類的生產和生活。從目前各省公布的污染源結果來看,燃煤、機動車尾氣、工業污染、揚塵是PM2.5的主要來源。除此之外,秸稈和垃圾燃燒、餐飲油煙、畜禽養殖、建筑涂裝及海鹽粒子等其它排放對PM2.5也有一定貢獻。除污染源外,氣象、地形條件等也會對城市空氣質量產生重要影響。
 
一、污染源排放
 
PM2.5的排放分為一次污染源和二次污染源。一次污染源主要是由石化燃料(石油、煤炭等)、生物質燃料(秸稈、木材)的燃燒、揚塵等直接產生的PM2.5顆粒。二次污染源主要是由化石、生物質燃料燃燒產生的揮發性有機物(VOCs)、氮氧化合物、二氧化硫、碳氫有機物、硝酸鹽等通過化學反應與大氣中的微粒結合而產生的PM2.5顆粒。
 
對于某一區域來說,其污染源分布一般比較固定,污染物排放也是相對固定的,短時間內不會出現特別明顯的變化。但隨著季節的更替、人類生產生活的變化,部分污染源對PM2.5的貢獻量也會出現不同程度的浮動。
 
1、采暖期燃煤取暖
 
冬季,本地污染物排放濃度高、強度大,尤其是北方地區氣溫偏低,多采用煤炭取暖,燃煤量顯著升高,排放的煤煙粉塵及氮氧化物、硫氧化物等在逆溫層天氣下蓄積不散,并通過大氣反應形成大量顆粒物。這也是冬季PM2.5濃度居高不下的重要原因之一。
 
2、機動車尾氣排放增加
 
相比夏季,冬季由于氣溫降低,使得汽車發動機工作循環的氣體壓力與溫度不高,混合氣體的燃燒速度減慢,或是遇到堵車發動機低速運轉,燃料燃燒不充分,機動車尾氣排放增加,從而導致PM2.5及其前體物(二氧化硫、氮氧化物、VOCs等)的排放量增加。每天上下班的高峰期也是一天中PM2.5濃度最高的時段。
 
3、沙塵暴
 
春季北方PM2.5濃度中也有沙塵暴的一份“貢獻”。雖然沙塵暴的主要組成部分是PM10顆粒物,但其中也夾雜著一部分的PM2.5,同時強風把地面大量沙塵物質吹起并卷入空中,與空氣中的二氧化硫、氮氧化物等氣體結合,會加速二次顆粒物PM2.5的形成。
 
4、秸稈燃燒
 
華北、東北春秋季節,西南、長江中下游地區夏秋季節,正是農作物收獲時期,此時焚燒秸稈就成為污染各地空氣質量的最大威脅。秸稈焚燒時,大氣中二氧化硫、二氧化氮和PM2.5指數將達到高峰值,其中二氧化硫的濃度比平時高出1倍,二氧化氮、PM2.5的濃度比平時高出3倍。這些有害顆粒物極易下沉,加上當地地面濕度大,水汽充分,下沉到地面形成了霧霾。
 
秸稈焚燒并非空氣污染的主要來源,從全國而言,其產生的PM2.5不到PM2.5總量的5%。但由于秸稈是在1、2天時間內集中焚燒,在污染最重的一天,秸稈焚燒產生的PM2.5可能占當天空氣中PM2.5量的30%、40%。
 
5、餐飲油煙
 
餐飲油煙雖不是PM2.5的主要來源,但對PM2.5肯定是有貢獻的,只是占比相對較小。中國人習慣在烹飪過程中采用炸、炒、煎、烤等工藝,很容易制造大量的油煙氣溶膠。甚至在中國很多地區,還在保持用煤炭和柴火燒飯的傳統,由此產生的污染排放恐怕的確是空氣污染中不可小覷的因素。
 
餐飲油煙對空氣污染的影響在夏季比較明顯。此前北京市環保局統計表明,在夏季北京城區PM2.5污染源中,烹飪源能占到15%至20%左右。吃燒烤似乎已成為市民夏夜生活的一部分,然而,露天燒烤由于缺乏規范化的管理和排煙設備不夠正規,燃料多為木炭,在烹飪時會釋放大量的一氧化碳、二氧化碳和油霧,與空氣中的塵埃結合,形成PM2.5顆粒物。
 
二、氣象條件
 
在污染源相對穩定的情況下,城市的空氣污染在很大的程度上也會受到當地氣象和地形條件的影響,不同氣象及地形對于區域環境的影響是顯而易見的。
 
1.、逆溫
 
論氣象條件對PM2.5濃度變化的影響,逆溫起到關鍵作用,這點在秋冬季尤為明顯。什么是逆溫?通常情況下,氣溫隨著海拔升高而降低,下層空氣較熱,上層空氣較冷,冷空氣重會下沉,熱空氣輕會上浮,就形成了對流。但在某些時候,比如秋冬季夜間,因為地面溫度急劇降低,導致貼近地面的下層大氣溫度很低,上層空氣降溫沒那么快,反而溫度比下層高,發生“氣溫的逆轉”現象。這種下冷上熱的逆溫層結一旦形成,空氣無法上下對流,污染物就很難擴散。
 
冬季地面對于大氣是冷源,尤其是夜間輻射降溫明顯,近地面的大氣溫度比上層大氣溫度低,造成大氣層結穩定,空氣無法上下對流,這也是為什么逆溫一般出現在夜間和早晨的原因。逆溫層的形成使得污染物就很難擴散,并且不斷積累,導致一次排放和二次轉化成的PM2.5在近地面大氣中逐漸累積,加重霧霾現象。而夏季則相反,地面對于大氣是熱源,大氣垂直運動活躍,加上氣旋(溫帶氣旋&熱帶氣旋)活動頻繁,就不易出現逆溫現象。
 
2、降水
 
降水對顆粒物有很顯著的清除作用,是短時間內降低PM2.5濃度的有效方法之一。但也不是說一下雨空氣質量就會變好,這里還要考慮到降水量、降水持續時間等。
 
以夏冬季的天氣狀況為例,對比這兩個季節,我們可以明顯感受到,夏季的霧霾天數相比冬季要少得多,因為降水起到非常重要的作用。
 
夏季氣旋(溫帶氣旋&熱帶氣旋)活動頻繁,水汽輸送好,利于產生降水,降水頻繁且降雨量大,使得一部分顆粒物被沖刷到地面,另外部分還可以作為云凝結核和雨滴凝結核,有利于PM2.5的擴散和清除,因而一年中夏季的PM2.5濃度最低。
 
而與夏季的暴雨相比,秋冬季氣團干燥,不利于形成降水,降雨量少且持續時間較短,風速和風力較小,對空氣中污染物的沖刷效果不明顯,只能起到增加空氣濕度的作用。潮濕的空氣會給懸浮的污染物“穿上”一層“水衣”,更易造成污染物累積。此外,剛下雨雪或下小雨、小雪時,空氣質量并不能立刻改善;無風無雨雪的降溫天氣,也會因冷空氣帶來的顆粒物,導致污染更嚴重。
 
3.、風力
 
風速的大小決定了對污染物沖淡稀釋作用的大小。一般情況下隨著風速的增大,單位時問內從污染源排放出來的污染物被很快地拉長,這時混入的大氣量越多,污染物濃度越小,因此在其他條件不變的情況下,污染物濃度與風速成反比。
 
風速小,污染物不易擴散;但是風速過大,地面起塵也會使污染變得較嚴重。只有在相對適宜的風速范圍內,污染物才能很好地得以擴散,近地面空氣質量達到最好。
 
根據陳曖等的《北京市區大氣氣溶膠PM2.5污染特征及顆粒物溯源與追蹤分析》研究發現:在非沙塵期間,PM2.5質量濃度隨風速的增大而降低,這是因為風速越大,大氣湍流強度越大,對污染物擴散稀釋的能力越強,導致PM2.5質量濃度下降。但是在沙塵天氣下,當風速達到15km/h以上時,PM2.5質量濃度隨風速的增大而升高,因為此時沙塵顆粒物較多,地面起塵會加速PM2.5顆粒的形成。
 
據此可以推斷出:速度大于15km/h的風可能卷起更多沉積于城市地表的顆粒物,甚至有可能因高風速使得顆粒物相互碰撞加劇,裂變為細一級的粒子,使得PM2.5質量濃度增大,此時風速與細粒子質量濃度表現出正相關。總的來說,風速低于某一限值如15km/h,PM2.5的濃度隨風速的增大而減小,反之濃度則上升。
 
三、地形條件
 
“封閉式地形”
 
除氣象條件外,地形條件也是影響PM2.5濃度的一個不可制約因素。像北京、杭州等城市,三面環山,地形呈典型“簸箕狀”,容易形成靜風逆溫等不利氣象條件,大氣污染物擴散條件差,特別是秋冬季節易出現連續靜穩大霧天氣,進而引發中、重度污染。
 
以北京為例,北京中間沒有大河流穿越,也沒有大片草地,地勢北高南低,三面環山。北京南邊的河北天津這兩個地方的污染排放量非常大,占據了全國排名的前幾名,這些污染物會通過南風飄散到北京。除此之外,北京南邊還有兩個重要的傳輸通道,一條在西南,一條在東南。北京周邊工廠排放的物質從這兩條通道進京后,如果有南風,污染物就會加速進入北京,然后被三面環山的地形困住,形成無法消散的污染,如果沒有北方過來的冷空氣,就會造成長時間的空氣污染。
 
如何判斷當天PM2.5濃度高的原因
 
平時空氣質量都比較好,突然有一天出現比較嚴重的霧霾天氣(不是連續的),你可能會疑惑到底是什么原因導致的,此時就可以根據以上條件進行判斷:
 
首先可以排除一些固定的污染源,如燃煤、機動車尾氣、烹飪油煙、地形條件,因為受這些因素影響,霧霾天氣一般都是持續性的;然后再看看當天有沒有沙塵暴或是附近地區有秸稈燃燒現象;如果以上污染源條件都不存在的,那就可以從氣象狀況進行判斷:
 
①近期的溫差是不是比較大,氣溫條件是否會導致逆溫;
 
②當天有無降水,如果有降水,是不是風力和降水量都很小,雨下一會就停了;
 
③如果沒有降水,悶熱濕度大,又沒有風的條件下也可能導致霧霾天氣。
 
如果仔細觀察每天的PM2.5數值變化,會發現,除了特殊天氣情況外,一般早晚兩個時段的PM2.5濃度比較高,午后最低,在冬季尤為明顯。這主要受兩個條件影響,汽車尾氣排放和逆溫。通常而言,每天上午的8時到10時,下午的6時到晚上8時,這正是每天上下班的高峰期,汽車尾氣排放量大,同時這兩個時段也正是太陽升起/降落的時候,近地面的大氣溫度比上層大氣溫度低,容易出現逆溫現象。下午出現濃度低值是因為光照強,上下大氣層溫差大,容易形成對流,有利于污染物向高空擴散。

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