灰与蓝的博弈

天空是一个城市的容颜，空气则是城市的表情。虽然我国有关部门公布的数据往往显示不少城市的空气质量优良。但是，走在室外的人们仰望天空，看到的并非是期望中的湛蓝，而是灰蒙蒙的一片——

　　雾都往事

　　“从绿洲和草原流出的小河上，笼罩着的是雾，雾还掩盖着河的下游，那里聚积着由肮脏城市和停泊小船所倾出的污物。雾罩在埃塞克斯的沼泽上，罩在肯狄施的高地上。雾覆盖在车场上，还飘荡在大船的帆桅四周……雾飘进格林威治退休老人的眼睛里和咽喉里，使他们在炉旁不断地喘息。”这是狄更斯笔下19世纪的伦敦，在冬季浓雾笼罩下的伦敦。作为当时最重要的工业城市，煤炭是工业生产和家庭生活使用的主要燃料，工厂又大多建在市内，因此煤烟排放量急剧增加，在无风的季节，烟尘与雾混合成黄黑色的雾霾，积聚在城市上空经久不散。这些弥漫的雾霾不仅影响交通，酿成事故，还直接危害人们的健康，甚至威胁人们的生命。

　　1952年12月4日，伦敦城发生了世界上最为严重的一次“烟雾”事件：在逆温层笼罩之下，伦敦连续数日寂静无风，整个城市为浓雾所笼罩，陷入一片灰暗之中，水陆交通几近瘫痪。大雾持续近一周，期间，有4700多人因呼吸道疾病死亡；雾散之后的两个月内又有8000多人死于非命。数据表明，在这场震惊世界的“雾都劫难”期间，大气中的二氧化硫含量增加了7倍，烟尘增加3倍。

　　此后的1956年、1957年和1962年，伦敦又发生了多达12次严重的烟雾事件。直到1965年后，有毒烟雾才从伦敦销声匿迹。

　　该次事件被环保主义者看作20世纪重大环境灾害事件之一，并且作为煤烟型空气污染的典型案例出现在众多环境科学教科书中。

　　霾与灰霾

　　空气污染是工业化和城市化进程的伴生物。近年来，我国各地日渐增多的灰霾天气引起了社会的广泛关注，灰霾天不仅影响了人们的正常生活，也给人体健康带来了巨大威胁，蓝天杀手、灰霾真凶——细颗粒物(PM_2.5)逐步走入了人们的视野。

　　气象学对霾早有定义，但语焉不详。霾本来是一种自然现象，这个字最早出现在甲骨文中，在3000多年前的《诗经·邶风·终风》里亦有“终风且暴”、“终风且霾”的诗句。“霾”字的古义就是尘。古籍《尔雅·释天》对霾的解释是“风而雨土日霾”；《说文》对霾的解释是“风雨土也”，用现代汉语来解释，大致是“刮风落土就是霾”。因而，古人的“霾”泛指了今天的“扬沙”、“尘卷风”、“沙尘暴”、“浮尘”等天气现象，这些现象都是现代天气现象“霾”的前身，另外，火山爆发、森林大火、人类活动排放的气溶胶污染也能形成“霾”。

　　从气象学来讲，霾是天气现象，并不是污染现象。在中国气象局2010年6月正式实施的《地面气象观测规范》中，霾天气被定义为：“大量极细微的干尘粒等均匀地浮游在空中，使水平能见度小于10千米的空气普遍有混浊现象，使远处光亮物微带黄、红色，使黑暗物微带蓝色。”根据美国国家环保署定义，霾是指空气中的灰尘、硫酸与硫酸盐、硝酸与硝酸盐、有机碳氢化合物等粒子使大气浑浊、视野模糊并导致能见度恶化，将这种非水成物组成的气溶胶系统造成的视程障碍称为霾。霾天气则指大气边界层乃至对流层低层整体的大气浑浊现象。

　　今天，霾不仅仅是一种天气现象，更是一种污染现象。改革开放前，我国经济欠发达，城市中很少有霾出现，天气也很少是灰蒙蒙的。随着经济的快速发展，特别是在20世纪90年代之后，城市化进程速度极快，因人为活动排放的污染物增多，大气污染日益严重，霾也渐渐为人们所熟知。此后，电台和电视台开始发布空气污染指数(API指数)，如果你注意收听会发现，大多城市的首要污染物基本为PM₁₀，即可吸入颗粒物。

　　为什么大家那么重视霾?霾天气的加重和颗粒物PM₁₀有什么关系?

　　我们所说的颗粒物，在大气科学里面叫气溶胶，每立方厘米空气里大概有10⁷～10⁸个粒子，只不过我们眼睛看不清楚。大气中颗粒物粒子的大小可以覆盖4个量级，从几个纳米到100微米。纳米是目前可测量的最小量级，现在测量的最小粒度是3纳米。它在大气中是有明显的粒径分布的，如图1所示。

　　目前，颗粒物已经变成空气中主要的污染物。在环境科学研究中，人们将颗粒物按粒径范围分成的4个等级中，总悬浮微粒(TsP)是最早被定义的，指的是大致在50微米以下所有的粒子的总和。PM₁₀是粒径为10微米和10微米以下的所有粒子的总和。PM_2.5是空气动力学直径为2.5微米及2.5微米以下的所有粒子总和。10和2.5实际上是表示粒子的粒径范围。最近的热点是超细颗粒物，它是指粒径在0.1微米以下，也就是100纳米以下的粒子加起来的总和。

　　在气象部门有关霾的定义中，特别提到了空气湿度的问题。因为北方和南方的空气湿度有明显区别，南方由于空气湿度大，颗粒物非常容易吸湿达到比较高的折光率。所以在气象局的行业标准里面规定，当能见度小于10千米时，相对湿度小于80％，则判别为霾。如果相对湿度为80％～95％，要按照地面气象观测规定的描述或者大气成分指标，进一步判定到底是不是霾。

　　根据各地的数据，专家最后判定：当直径小于2.5微米气溶胶的质量浓度达到75微克／立方米，湿度达到80％以上、95％以下时，就是霾；如果小于1微米的气溶胶浓度达到了65微克／立方米时，就是霾。同时，根据能见度情况规定了霾的等级。

　　霾有时比较厚，可以达到1～3千米，和晴空之间没有明显的边界。霾粒子颗粒较小，平均直径是1～2微米，肉眼不可见，它们的分布也比较均匀。换句话说，如果有了霾，能见度也是均匀的。我们看到的霾之所以是黄色或灰色，缘于里面的灰尘、硫酸根、硝酸根等粒子散射了波长较长的光；而且，其中往往含有许多黑炭粒子。因而，我们也称霾为灰霾；但灰霾不是明确的学术名词。

　　随着人类活动的影响，近年来灰霾出现的频率越来越高，目前我国存在4个明显的大范围灰霾区域，分别为华北地区、长江三角洲、四川盆地和珠江三角洲。在我国东部城市区域，灰霾天气从20世纪50年代到20世纪70年代的每年几天增加到目前的每年100～200天以上，且强度也大大增加，尤其是在冬春时节。灰霾出现时，能见度明显恶化，空气质量显著下降。

　　形成灰霾天气的气溶胶组成非常复杂。近年来由于灰霾天气日趋严重，由此引发的环境效应问题和气溶胶辐射强迫引发的气候效应问题已成为各方关注的热门话题。

　　PM_2.5和霾

　　1998年，我国研究人员在做北京市蓝天工程项目中，在京广大厦和国安宾馆通过实验证明，影响霾的颗粒物主要是PM_2.5，PM_2.5～PM₁₀占的份额相对较小，即：能见度与PM_2.5有非常好的负相关：PM_2.5值低的时候，能见度很高；PM_2.5值高的时候，能见度下降。冬、夏季节均如此。

　　目前，中国的空气污染指数监测指标包括二氧化硫、二氧化氮、可吸入颗粒物(PM₁₀)。其中，PM₁₀是直径较大的颗粒。这种大颗粒通常情况下沉降速度非常快，这意味着，只有在气象条件很不好且大量污染物持续不断进入空气的条件下，空气质量才会达到所谓的“轻度污染”。而PM_2.5体积比PM₁₀要小的多，直径相当于人类头发直径的1／10大小。PM_2.5这类细颗粒物对光的散射作用比较强，在不利的气象条件下更容易导致灰霾形成。也就是说，在中国空气质量监测中，因为目前尚未全面监测该项指标，所以无论PM_2.5在空气中的密度有多大，空气状况仍有可能达到良好。“蓝天不蓝”的尴尬一幕就此产生。

　　形成灰霾的大气颗粒物来源于自然和人类活动排放。自然界产生的大气颗粒物主要包括灰尘、矿物、硫酸盐、硝酸盐等气溶胶物质。人类活动排放的大气颗粒物主要包括化石燃料和生物质(植物秸秆、动物尸体和生活垃圾等)燃烧产生的粉尘颗粒物以及工业生产和生活中排放的有毒、有害颗粒物。

　　国内外学者通过相关研究及解析大气颗粒物源发现，灰霾天气发生频率总体上呈现出冬、春季大于夏、秋季的季节特征，且大气颗粒物中PM_2.5占PM₁₀的比重较大，各地的PM_2.5占PM₁₀的份额通常为50％～80％，大城市一般是70％～80％，有少数是50％。在一天之中，上午8点左右和傍晚前后，大气中悬浮的细颗粒物值排第一和第二，下午浓度最低。从污染水平来讲，我国大气颗粒物污染相对比较严重，且细颗粒物占了很大比例。研究人员发现灰霾期间PM_2.5的浓度几乎是正常天气下PM_2.5浓度的3倍，所以说，能见度的恶化主要与细颗粒物的质量浓度增加有较大关系；人为源是大气颗粒物的主要来源。人为源的构成主要包括道路扬尘、机动车尾气、建筑尘等；但各地区差异较大，如济南市PM_2.5构成为：道路扬尘和机动车尾气尘(15％～16％)、工业排放源(15.1％～17.50A)、燃煤尘(13.6％～18.7％)。在北京，燃煤、机动车排放、建筑尘、扬尘、生物质燃烧、二次硫酸盐和硝酸盐及有机物共7类污染源对全市PM_2.5的贡献率之和为72.5％，其中扬尘和燃煤污染源贡献率分别为18.1％和16.4％，是北京市PM_2.5的主要来源。北京市扬尘贡献率远高于国外某些城市，这与北京市比较干燥的气候特征和地表植被覆盖情况有关。目前煤炭在我国城市能源结构中仍占有相当比重，因此，燃煤源一直是城市颗粒物的主要贡献源之一，北京市煤烟型污染也尚未完全解决。另外，汽车尾气排放也逐步成为北京市的主要污染源。在广州，能见度恶化主要与细粒子密切相关，PM_2.5的季均值全部超过美国国家标准的目均值限值(65微克／立方米)，尤其是每年10月到次年1月的月均值浓度几乎达到标准限值的1倍。另外，PM_2.5占PM₁₀的比重可达60％～70％，尤其是旱季比雨季更高。广州大气中的PM_2.5有54％～75％来自机动车排放。

　　这些自然源和人为源中，工业、交通、电力、其他生产和生活活动排放的都是一次粒子(一次源)，这些粒子有粗有细。在大气中，许多气体还会转换生成二次粒子(二次气溶胶)。我们在城市或某一地区实际所测到的颗粒物都是一次和二次粒子的混合物。在一些发达地区，比如珠三角地区，二次气溶胶所占比例甚至占到了总量的50％以上。

　　那么，二次污染物是如何产生的呢?

　　我们知道，大气是有氧化性的，这是大气的本性。大气氧化性很大一部分是人为因素所致，比如人为排放的气态氮氧化合物和挥发性的碳氢化合物在阳光作用下生成包括臭氧和自由基在内的一系列氧化剂。自由基非常容易丢掉电子，氧化别人，是寿命非常短的大气氧化剂，但它的氧化性很强。一次排放的二氧化硫、氮氧化物在大气中可以转化成硫酸盐、硝酸盐等，这些物质通过成核作用在云中生成细颗粒物，变成云的凝结核，最终形成酸雨降落下来。大气氧化性会造成诸多大气环境问题，比如光化学烟雾、酸雨、PM_2.5细颗粒物污染。

　　有专家认为，我国当前的大气污染之所以非常严重，主要原因是燃煤、汽车尾气、扬尘等一次污染物浓度很高，这些物质碰到一起不是简单叠加，中间还会有许多化学转化和物理输送，最终导致复合型污染的发生，如图3所示。如果一次污染物浓度很低，反应就会在某一地方终止，但是我们现在的污染程度那么高，反应就会持续进行。再加上风的输送作用，将上风地区的污染物输送到下风地区，结果就造成了区域性污染。

　　所以说，PM_2.5的组分非常复杂，有一次排放形成的，它本身又可以跟一次排放的气态污染物发生反应，通过大气氧化作用转变成二次颗粒物，它的生成和其他大气污染物都有关。越小越危险的致命杀手

　　大气颗粒物不仅“灰”化了我们的天空，也严重威胁着人们的健康。世界卫生组织对全球3211个城市的研究表明，2000年全球室外空气中可吸人颗粒物污染引起的早亡人数约为79.9万人，其中亚太地区就有48.7万人。

　　流行病学的研究成果也已证实：大气颗粒物与人体健康密切相关，其中可吸入颗粒物(PM₁₀)特别是细颗粒物(PM_2.5)对人体健康的危害更大。PM_2.5对健康的影响是多方面的，主要影响呼吸系统和心血管系统。所有人群都可受到PM_2.5的影响，其易感性因健康状况和年龄而异。随着PM_2.5暴露水平的增加，各种健康效应的风险也会随之增大。

　　国际上有关这方面最权威的研究是美国癌症协会和哈佛6城市的研究结果，这两项研究表明，PM_2.5的长期暴露与人群死亡率之间有很强的相关性。2002年，《美国医疗协会杂志》发表的一项研究显示，空气中PM_2.5的浓度每增加10微克／立方米，整个人群的过早死亡率将增加4％，患肺部疾病的人群过早死亡率将增加6％，患肺癌人群的过早死亡率将增加8％。世界卫生组织在2005年版《空气质量准则》中也指出：当PM_2.5年均浓度达到每立方米35微克时，人的死亡风险比每立方米10微克的情形约增加15％。

　　大气颗粒物之所以会对人类健康有这么大的影响，主要是因为PM_2.5可以轻而易举地突破人体健康防线，长驱直入进到人体的肺部，深达肺泡并沉积，进而进入血液循环，使人体出现不适，引起肺部和全身氧化应激或炎症反应，削弱血管功能和增加动脉硬化，导致心律不齐，它还可以引起血液成分的改变，并导致动脉血压升高。小于2.5微米的颗粒会诱发鼻炎、支气管炎等呼吸道疾病，严重时可加重哮喘，加剧呼吸病症，引发慢性支气管炎，降低肺功能，导致早亡等。还有一些研究证明，PM_2.5对心脏有不良影响，可致心率不齐以及心脏病患者过早死亡。有心脏病和肺部疾病的人群、儿童和老人更容易受到PM_2.5的影响。但是，即使是健康人群，如果处于PM_2.5污染持续增加的环境中，也会产生—些短期症状。

　　更为可怕的是，随之进入人体的还有附在其上的有害气体和重金属。曾有学者根据我国广州、武汉、兰州、重庆4大城市8个采样点的数据，分析了PM_2.5、PM_2.5；～PM<sub>10/sub>中的42种化学元素情况，结果发现，燃煤、燃油和其他工业污染的铅、硒、锌等在颗粒物中明显富集，特别是在PM2.5中的富集倍数达数十倍至数万倍，对人体健康有很大潜在危害。对PM10的化学组成研究表明，由较细小颗粒组成的复杂结构集合体比由较大颗粒组成的简单结构集合体比表面积大，所以更容易吸附一些对人体健康有害的重金属和有机物，因而其毒性很大。

　　在欧盟，据估计仅是最微小的颗粒(PM2.5)就使每个欧洲人丧失8.6个月的统计预期寿命。世界卫生组织在2005年估计，全球城市大气PM2.5污染造成每年至少80万例居民死亡的损失，且这些损失的65％落在PM2.5污染较为严重的亚洲家。

　　还有研究证实，细颗粒物除了可导致人体呼吸系统、心血管系统受到影响外，对人体免疫系统、生育系统、神经系统、遗传系统也有不利影响，但其作用机制非常复杂，目前很多影响和机制，我们尚不清楚。

　　然而，研究也同样证明如果大气中PM2.5的浓度减少的话，对人体健康有正面影响，如果其浓度减少10微克／立方米的话，因肺病导致的早亡情况将减少6％，肺癌的发生率会减少8‰

　　昂贵的空气

　　2010年9月，美国国家航空航天局(NASA)公布了一张全球空气质量地图，这是一张专门展示2001～2006年世界各地PM2.5平均值的地图。在这张图上最为触目惊心的红色(即PM2.5值最高)，出现在北非、东亚和中国。中国华北、华东和华中PM2.5的数值甚至接近每立方米80微克，已经超过了撒哈拉沙漠。

　　至于颗粒物的来源，人们还无法准确评估，有些可能是人为排放的，有些则可能是自然源。环境学家估计，在阿拉伯和撒哈拉，悬浮颗粒可能是由天然矿物粉尘构成，而在中国东部和印度北部，更有可能是发电厂、工厂以及汽车排放的烟尘颗粒所造成。

　　目前，我国还没有进行全国范围的PMzs污染情况的监测，因此没有全面的污染情况数据。尽管环保部门在一些城市开展了试点监测，这些监测的数据并未公开。人们只能通过灰霾天数、PM10监测数据以及通过卫星所得到的资料间接了解我国PM2.5的污染现状。

　　由于灰霾现象与PM2.5的污染密切相关(相关性远大于PM10)，因此灰霾天数能间接反映PM2.5的污染状况。当人眼看到灰霾的时候，就说明PM2.5的污染已经比较严重了。

　　监测显示，在不利的气象条件下，以PM2.5污染为代表的我国区域性重灰霾持续时间可长达5～10天，区域重污染时段PM2.5可超世界卫生组织指导值几倍到十几倍。根据中国环境科学研究院的观测数据，北京市大气中PM2.5年均浓度为50～60微克／立方米，灰霾天气中PM2.5质量浓度平均高达200微克／立方米。

　　另外，研究人员通过在很多发展中国家的监测发现，PM2.5与PM10之间存在一定的比例关系，世界卫生组织认为，一般情况下在发展中国家PM2.5占PM10的50％。通过这一比例关系和PM10的监测数据，就可以大致知道我国PM2.5的污染状况。事实上，我国不少地方实际监测的数据显示，PM2.5占PM10的比例超过50％，因此这种估计方式所得出的PM2.5污染状况是一种保守估计。按照这种保守方法估计，根据2008年的数据，我国113个重点城市中PM2.5浓度没有一个能达到世界卫生组织指导值(10微克／立方米)和世界卫生组织第三阶段过渡值(15微克／立方米)，只有6个城市能达到世界卫生组织第二阶段过渡值(25微克／立方米)，19个城市能达到世界卫生组织第一阶段过渡值(35微克／立方米)。

　　在我国珠三角及京津地区，PM2.5占PM10的比例近年来正明显增加，2010年珠三角地区区域站点鹤山站PM2.5与PM10日均质量浓度之比平均值已达74％。位于长江三角洲经济发达区的南京市，PM2.5年均浓度已接近90微克／立方米，分别约是美国和世界卫生组织标准限制的6～8倍，细颗粒物污染严重程度触目惊心。

　　北京大学的监测数据显示，2008年北京奥运会期间，得益于各种控制措施，北京市PM2.5的浓度只有30～40微克／立方米，而其他时段，北京PM2.5的浓度则在70微克／立方米左右，甚至更高。其他城市的情况也不容乐观。早在20世纪90年代，我国就已有地方对PM2.5进行监测。当时在广州、武汉、兰州、重庆8个点位的监测结果显示，这4个城市PM2.5的年均值为46～160微克／立方米，均超出了国际标准。

　　这些都表明由PM2.5导致的区域性大气污染程度之重，西方国家经历过的重大空气污染事件随时有可能在我国大范围重演。

　　此外，作为分散在大气中的固态或液态颗粒物质，PM2.5在大气中的停留时间为7～30天，可长距离传输，由此造成的危害也更大。

　　将蓝色还给天空

　　PM2.5污染具有长期性和持久性，它不仅严重影响了人体健康，也极大破坏了我们周边的环境。它是能见度降低的罪魁祸首，能见度的降低直接给运输业带来极大的影响。据研究，由于PM2.5污染，美国的能见度仅为自然能见度的30％。这些细颗粒物对气候也有一定影响。PM2.5可以随风飘散到很远的地方，然后沉降到地面或水体中。其中，PM2.5中的硫酸盐和硝酸盐是酸性的，如果以降水的方式进行沉降就会形成酸雨。

　　1997年，美国首先设立了关于PM2.5的标准，主要是为了更有效地监测随着工业化日益发达而出现的、在旧标准中被忽略的对人体有害的细小颗粒物。当时颁布的PM2.5标准为每日浓度不超过65微克／立方米；2006年，美国又将标准调整为35微克／立方米。目前在美国等地，已经建立起了关于细颗粒物的日常监测和公众通报制度。不过，即使是美国和欧洲，经过30多年的治理，PM2.5污染虽已大幅降低，但至今仍未得到完全解决。根据美国环境署2011年最新确定的PM2.5日均值不达标区的划定，仍有18个州的121个县不能达到美国PM2.5国家环境空气质量标准。

　　当前，我国的大气污染问题十分严重，在传统的3项污染物(二氧化硫、二氧化氮、PM10)未有效降低的情况下，以臭氧和PM2.5为代表的二次污染物浓度水平正快速上升，区域能见度持续下降。大气细颗粒物污染程度远远高于世界卫生组织2006年10月发布的《全球空气质量指南》(AQG)(PM2.5年平均浓度10微克／立方米)和美国大气质量标准(PM2；年平均浓度15微克／立方米)。早在20世纪90年代，我国一些地区就开始对PM2.5的监测，当时的监测结果显示，PM2.5的年均值是美国的3～10倍，随着经济的高速发展，复合型大气污染越来越显著，PM2.5污染日益成为影响城市环境空气质量进一步改善的主要问题。

　　目前，环保部门在统计蓝天天数时，指的是空气质量达到二级的天数，并不是我们眼见为实的蓝色天空。但达标的空气有时在视觉上依然感觉能见度较低。不过，换个角度看，灰霾天气的出现对我们来说也许是有益的，因为它警示着公众要注意那些看不见的污染物，它们对身体健康的威胁可能比可见污染物更大。公众的关注，或许可以促使我们采取更为积极的措施，拯救蓝天。

　　【责任编辑】　赵菲</sub>