（重慶三峽學院化學與環(huán)境工程學院，重慶萬州 404100）

PM2.5是指空氣動力學直徑≤2.5 μm的大氣顆粒物，世界衛(wèi)生組織（WHO）將其定義為可進入肺部的顆粒物．PM2.5的組成復雜，常富集空氣中的有毒有害物質，如Pb、As、Cr以及多環(huán)芳烴（PAHs）等物質，并可以隨著人的呼吸進入體內，進而影響人體健康，研究表明，當長期處于 PM2.5較高的環(huán)境中，死亡風險就會上升[1]．PM2.5還是造成某些城市能見度降低、頻發(fā)灰霾天氣的罪魁禍首．PM2.5具有較長的壽命，并可以通過水平輸送傳輸到其它地區(qū)，影響區(qū)域的大氣環(huán)境．美國在1997年頒布了PM2.5的空氣質量標準，規(guī)定年均值為15 μg·m-3，日均值為65 μg·m-3[2]，2006年又將日均值訂正為35 μg·m-3．世界衛(wèi)生組織（WHO）也于2005年發(fā)布了《空氣質量準則》，規(guī)定了PM10和PM2.5的限制濃度．目前，日本、印度、墨西哥，以及歐盟一些國家，都已陸續(xù)將PM2.5納入國家標準污染物，并進行強制性限制．我國在2012年2月29日發(fā)布了新的《環(huán)境空氣質量標準》（GB3095-2012），該標準首次提出了PM2.5的濃度限值檢測指標．本文對我國目前 PM2.5的時空分布特征、化學組成及其對能見度的影響進行介紹，以便進一步了解PM2.5的污染特征，以期為PM2.5的治理提供參考．

1 PM2.5質量濃度污染特征

1.1 PM2.5區(qū)域污染特征

我國頒布的新的《環(huán)境空氣質量標準》中規(guī)定PM2.5的二級標準年均值為35μg·m-3，日均值為75μg·m-3，該標準值與美國和 WHO（推薦 PM2.5年均值為 10μg·m-3，日均值為 25μg·m-3）的標準限值還有巨大的差距．就目前我國對PM2.5所做的研究來看（見表1），我國大部分地區(qū)PM2.5的污染十分嚴重，并且PM2.5占到PM10的40%～80%，PM2.5成為可吸入顆粒物（PM10）中的主要組成部分．PM2.5嚴重污染地區(qū)主要集中在北京、天津、上海、南京、貴陽、濟南等地，而在香港、深圳、杭州等地的污染程度較輕，這可能與地理位置和氣象條件有關．

目前，我國 PM2.5的研究主要集中在北京、上海、珠三角等發(fā)達城市，對東北、中部和西部所做的研究相對較少．從監(jiān)測時間來看，我國PM2.5的研究時間最早在1988年，但監(jiān)測時間較短，而目前PM2.5的研究時斷時續(xù)，監(jiān)測值具有一定的偶然性，不能很好地反應PM2.5的污染特征．

另外，由于監(jiān)測時間的不統(tǒng)一，監(jiān)測方法（濾膜稱重法、光散射法、壓電晶體法、電荷法、β射線吸收法以及微量震蕩天平法）上也有巨大的差異，導致各城市 PM2.5質量濃度可比性降低．因此我國各城市應建立一套標準化的 PM2.5的監(jiān)測系統(tǒng)，并實施長期、大規(guī)模的PM2.5監(jiān)測．

表1 我國各地PM2.5質量濃度水平

1.2 PM2.5的時間變化特征

PM2.5具有日變化特征，呈現明顯的雙峰型，北京[18]、南京[7]和天津[19]等地都有相似的日變化特征；PM2.5還具有季節(jié)性日變化模式：整體上是冬季夜間質量濃度高于白天，夏季白天質量濃度高于夜晚．PM2.5質量濃度的日變化主要與污染源排放、氣象條件以及人類活動等等因素有關．

同時，PM2.5還具有季節(jié)變化特征．He等[3]于1999.7—2000.9對北京清華園和車公莊的 PM2.5進行了為期一年的研究，發(fā)現 PM2.5濃度具有明顯的季節(jié)變化特征，即冬季濃度值最高，夏季最低．并且對鄭州[20]、長春[21]、哈爾濱[22]、天津[23]等地所做的研究也得到了相同的結果．而王麗京等[24]在2001年選取北京的3個站點（中國氣象局大氣探測基地觀測場、北京大學、北京市環(huán)境監(jiān)測站）研究結果表明，夏季 PM2.5的質量濃度最高，秋季最低，春冬兩季相差不大．造成差異的原因可能與監(jiān)測時段的選擇有關，采樣時段選擇不同導致結果成倍的差別．PM2.5濃度季節(jié)變化與氣象條件季節(jié)性變化、監(jiān)測時段的選取、污染源的排放以及大氣光化學反應等因素有關．另外，還與氣流的輸送有關，牛彧文等[25]的研究發(fā)現深圳 PM2.5濃度值季節(jié)性差異大，當夏季主導風向來自西南或東南海面時，大氣環(huán)境質量較好，冬季主導風向來自北方內陸時，大氣環(huán)境質量較差．

1.3 PM2.5的空間變化特征

Chan等[26]研究了香港大氣顆粒物的垂直分布情況，發(fā)現 PM2.5的質量濃度沿高度呈指數規(guī)律下降．王庚辰等[27]在北京所做的研究也得出了 PM2.5質量濃度隨高度增加而遞減的規(guī)律．樊文雁等[28]還研究了北京不同天氣背景下 PM2.5在垂直方向上濃度的變化，結果表明，霧天近地層細粒子質量濃度明顯高于較高層，而霾天細粒子在垂直方向上濃度混合均勻．潘純珍等[29]的研究發(fā)現：街區(qū)主干道PM2.5濃度大于郊區(qū)主干道；PM2.5的濃度在重慶城區(qū)道路水平方向上變化不明顯；PM2.5的濃度在垂直方向上到 30樓才有明顯的下降．孫玫玲[19]在天津氣象塔（255 m）上的觀測發(fā)現，混合層厚度和穩(wěn)定度會影響PM2.5在垂直方向上的濃度分布．可見，PM2.5質量濃度在垂直方向的差異主要與天氣背景，邊界層的厚度與穩(wěn)定度，以及邊界層的氣象條件密切相關，如垂直方向上的湍流變化，風速與 PM2.5逐時質量濃度在垂直方向的分布就會呈現不同相關性，冷空氣過境時，顆粒物的濃度也會增加．另外，PM2.5在垂直方向的濃度還受到區(qū)域輸送的影響[28]．

2 PM2.5的化學組成

2.1 水溶性組分

水溶性組分是大氣顆粒物的重要組成部分之一，水溶性離子直接影響大氣降水的酸度．另外，因其具有吸濕性而影響云凝結核（CCN）的濃度，從而引起間接的輻射強迫作用[30]176-177．水溶性組分可分為兩種：（1）水溶性無機組分，一般包括Na+、Cl-、Mg2+、Ca2+等；（2）水溶性有機組分，如甲酸、乙酸、乙二酸等．可溶性組分一般占PM2.5質量的20%～60%．其中，二次離子是PM2.5中最主要的水溶性離子，它們的濃度占到PM2.5質量的1/3左右，主要來自于氣態(tài)前體物SO2、NOx和NH3的二次轉化，其轉化率除受到溫度、濕度和大氣光化學反應等因素的影響，還受到區(qū)域輸送的影響．

Wang等[31]對北京2001—2003年PM2.5的研究發(fā)現，二次離子濃度表現出夏、冬季節(jié)高于春、秋季節(jié)．對 PM2.5的治理也要協(xié)同控制其前體物的排放．水溶性有機物受分析測定方法的限制，目前能從分子水平上鑒別出來的化合物主要是二元羧酸、醛酸和酮酸等低分子量有機酸，雖然它們只占水溶性有機物質量的較小部分，但這些組分一般是大氣化學反應的最終生成物，或者是新陳代謝的產物，對于氣候變化、輻射平衡以及能見度等有著重要影響．

2.2 碳組分

PM2.5的含碳組分包括OC、元素碳（EC）和碳酸鹽碳（CC）．細顆粒物中CC的含量所占比例很小，在進行化學物種分析時一般將其忽略．OC和EC濃度之和常占到PM2.5濃度的10%～70%[32-34]．EC多數來源于含碳物質的不完全燃燒，而OC包括一次有機碳（POC）和二次有機碳（SOC）．一次有機碳主要有兩種來源：一是以各種生物質的燃燒為主，通常是以細顆粒物的形式排放，二是土壤以及生物的直接排放，以粗顆粒物的形式存在．二次有機碳的來源是由空氣中的氣態(tài)有機物經光化學反應而來，以細顆粒物的形式存在[15]．機動車排放、工業(yè)排放、生物質燃燒和冬季供暖等燃燒過程是城市大氣顆粒物中EC和OC的主要來源[35]．很多研究將OC/EC的比值＞2作為SOC存在的依據之一．北京地區(qū)四季OC/EC的比值大小順序為：冬（2.84）＞秋（2.81）＞春（2.73）＞夏（2.14）[5]；珠三角洲城市群冬季OC/EC的比值分別為：香港（2.3），廣州（2.7），深圳（2.2），珠海（2.5）[33]；上海OC/EC的比值更高，達到5.3[6]，可見，我國大部分城市存在一定程度的二次有機物污染．

2.3 無機元素

大氣顆粒中無機元素所占的比重相對較小，但其更容易在細粒子中富集，并且包含著許多對人體健康危害很大的重金屬元素，并可進入人體肺部，對人體的危害性大．無機元素的主要來源有交通排放、燃料燃燒、冶金工業(yè)、建筑揚塵以及廢棄物焚燒等[23,36]，表2給出了各類污染源的特征元素．

表2 各類污染源的特征元素

目前常用富集因子來描述顆粒物中元素富集程度，其值還能判別自然與人為污染源的貢獻水平．其表達式為：

CX代表待檢驗元素，CR代表參考元素，EFX代表待檢驗元素的富集因子值．通常認為 EF＜1時元素源于土壤；EF＞10時元素源自人為污染；1＜EF＜10的元素人為污染占一定比例[17]．富集因子的研究表明，無機非地殼元素更易在細粒子中富集[9,13,17]，如S、Pb、Se、As、Cr等代表人為排放源的元素，其富集因子值在細粒子中最大，有的高達數千倍，給環(huán)境和人體健康帶來了極大的潛在危害．

3 PM2.5對能見度影響的研究

能見度降低已成為我國較為突出的城市環(huán)境問題．近年來，隨著城市的大規(guī)模建設，污染物的排放增多，造成了越來越嚴重的城市灰霾現象．顆粒物主要通過對光的散射和吸收影響能見度，顆粒物的散射作用大約占其對大氣消光系數的70%．其中，細顆粒物濃度的升高是形成我國城市灰霾的主要因素之一．李令軍等[37]對比研究顆粒物濃度與能見度的日變化發(fā)現兩者呈反相關，顆粒物的濃度與消光系數呈正相關．宋宇等[38]的研究發(fā)現顆粒物的散射消光作用在北京市能見度下降中占有主要地位，其中與細粒子的關系更為密切，細粒子質量濃度的高低是決定能見度好壞的主要因子．張濤等[39]的研究也表明0.5～2.5μm粒子濃度增加是大氣能見度降低的重要原因，其消光系數貢獻率達到88.6%．王京麗等[40]對北京2001年春夏秋冬四季細粒子與能見度的研究指出，能見度與 PM2.5質量濃度在春季呈乘冪關系；夏季除高相對濕度外，呈指數關系；秋季呈對數關系；冬季呈指數關系．

能見度的降低與細粒子中的化學組分也有關系．元素碳主要對光有吸收效應，而有機碳、主要對光輻射起散射效應．Tsai等[41]研究表的濃度與能見度呈顯著負相關關系．古金霞等[42]對天津顆粒物的散射系數、PM2.5及其化學成分進行了為期一年的觀測，結果表明，細顆粒物中有機碳和硫酸鹽是影響能見度的主要化學成分，使用MPROVE法核算化學組分對散射消光的貢獻，得出有機物的貢獻率為 38.5%．邊海等[43]研究發(fā)現能見度與顆粒物中總碳質量濃度變化呈負相關，OC和 EC對大氣消光貢獻率平均為28.7%，6.1%，27.6%和19.2%．并且譚吉華等[44]的研究也發(fā)現，在灰霾天氣下，大氣顆粒物、EC和OC均在積聚模態(tài)（0.1～2.0μm）大幅度增長，它們是形成灰霾天氣的重要原因．

4 結 語

近年來，PM2.5作為一種復合污染物，對空氣質量、大氣能見度以及人體的健康影響越來越大，人們對其也越來越重視．目前，雖然我國許多城市都對 PM2.5進行過一定的研究，對其污染特征也有一定的了解，但大多數只有間斷的監(jiān)測，并且監(jiān)測時間，監(jiān)測方法也有所不同，導致不能對我國 PM2.5污染特征有系統(tǒng)的認識．希望在新的《環(huán)境質量標準》的全面推廣與執(zhí)行后，我國 PM2.5的污染特征能得到全面的分析，從而為我國控制 PM2.5的污染打下堅實的基礎．

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