分析大气颗粒物对能见度影响
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作者: 闵如强 周丽
【摘要】全球陆地的大气能见度在过去数十年间呈普遍降低的趋势，其中亚洲的大气能见度在过去十年降低幅度最大。雾霾是影响能见度的主要因素之一，随着经济生产生活的快速发展，雾霾天气出现的范围呈现出进一步扩散的趋势，我国大部分地区的大中型城市均受到了影响，所造成的后果比较严重。基于此背景下本文展开了大气颗粒物对能见度影响的研究，希望能够为实际的治理工作提供经验参考，以推动我国环保事业的快速发展，为人与自然和谐相处做出应有的贡献。
【关键词】雾霾；能见度；大气粒颗粒；
1.大气能见度的影响因素
悬浮在大气中的气溶胶颗粒通过散射和吸收而影响太阳辐射的传输，使其强度和传输方向发生改变，其中人们感受最为直观的是能见度降低。大气能见度定义为水平背景天空下人的肉眼可识别黑色目标物体的最远距离。人的视线感知大气中物体的能力取决于大气中悬浮的颗粒和气体的浓度，这是由于它们对光的散射和吸收效应（包括将光散射至目标物使其看上去像漂洗过的），导致目标物体颜色的变化和对比度的降低。而且，云、雾和降雨也对能见度有影响。大多数霾是由于人为活动所直接排放的颗粒物（即二次颗粒物）所引起。
而目前空气质量管理部门大多以基于能见度的气象学判断来识别霾过程。当各种源排放产生的细颗粒物（即PM2.5）及其前体物共同导致打面积区域能见度低，即认为发生了区域性颗粒物污染，亦即区域霾。在《霾的观测和预报等级》中规定了霾的判试条件：能见度低于10.0km，排除降水、沙尘暴、扬沙、浮尘、烟雾、吹雪、雪暴等天气现象造成的视程障碍，相对湿度小于80%，判识为霾；相对湿度为80%-95%时，按照地面气象观规范规定的描述或大气成分指标标进一步判试。
大气颗粒污染对能见度的影响体现在局地和区域两种空间尺度上。局地烟或污染云团导致能见度降低。由于烟羽离开排放源的距离较短，因而影响局地能见度的主要是一次颗粒物。区域性的污染可导致霾延绵数十公里乃至数百公里。在大范围广泛分布的排放源对区域霾均有贡献，并且由于滞留时间长，区域霾通常主要是由二次颗粒所致。
雾-天气一般是静稳积累型重污染的表征，雾-发生时风速小，湿度大，并伴随有明显的近地层逆温，因而大气污染物难以扩散而逐渐积累，且有利于二次颗粒的形成，而导致细颗粒物浓度居高不下。雾和霾相互转化，使细颗粒物在大气中存留时间延长，更易造成持续的霾污染。在雾和霾相互转化中，PM2.5作为凝结核而反复被利用，因而其作用被放大。因此，雾-霾污染的实质是细颗粒物污染。
大气颗粒物对能见度的影响与其粒径、成分及其吸湿性、混合状态等性质有关。在大气中主要是粒径为0.1-2.0um的颗粒物通过对光的散射而降低物体与背景之间的对比度，从而降低能见度。在这一粒径范围的颗粒物种，二次SO4 2-和观测网所测量的PM2.5化学成分和光学性质，回归其化学物种的质量消光效率并重构消光系数，称为IMPRVE化学消光收支。
在IMPROVE消光算法中，被分配消光系数的各PM2.5化学组分并非直接测量的元素和离子
等成分，而是根据这些成分的含量所重构的化合物，即为化学物种，包括（NH4）2SO4 、NH4、NO3、
颗粒物有机物（POM）、BC和矿物尘等。
2006年发布的IMPROVE报告基于对PM2.5化学物种及其消光系数重构误差的评估对消光算法进行了修正：考虑到观测到的组分的干质量散射效率随其浓度的增加而增加，将（NH4）2SO4、NH4、NO3和POM按粒径大小分为两个模式并赋予不同的质量消光效率和吸湿增长因子（对POM仍注意的是ROC可随季节性变化的主导排放和气粒转化，甚至随气团来向等的变化而不同；今年来基于高分辨率飞行时间质谱仪的研究支持对ROC取较高的值。
根据IMPROVE消光算法，消光主要是由硫酸盐和POM所造成，尤其是前者；而在西部多数地区，硫酸和POM都很重要；而在南部地区如加利福尼亚，则是硝酸盐对消光起主导作用。在西北部根据强化观测其结论认为PM2.5中的POM是消光的主要贡献者，其次是硫酸盐；在消光最大期间，POM、硫酸盐和BC起主导作用；反之在其最小时，POM和硫酸盐起主导作用。
2.中国关于大气颗粒物对能见度的影响研究
在中国，部分研究比较了霾与非霾期间不同地区PM的化学组分、单颗粒的理化特征及气态前体物的变化特征等。综述了霾引起能见度下降的原因和机理，介绍了能见度的测量方法、国内外研究方向及霾治理措施。其研究认为形成的原因只要有两个：一是特殊的地形或者气象条件使气流停滞。二是有过量的大气污染物排放；当天气条件不利于污染物的稀释扩散，污染物排放超过环境容量时，即会出现霾。
3.大气颗粒物对能见度的影响危害分析
自20世纪世纪70年代以来，大气颗粒物对能见度的影响就一直是环保部门关注的问题之一。尽管在大气中只占很少的一部分，但颗粒物对城市大气光学性质的影响可达99%。大量的研究表明PM2.5 与能见度密切相关。大气能见度主要是由大气颗粒物对光的散射和吸收决定的：
散射作用：空气分子对光的散射作用很小，其最大的视距（极限能见度）为100―300Km（具体数值与光的波长有关）。在实际的大气中由于颗粒物的存在，能见度一般远远低于这一数值：在极干净的大气中能见度可达30Km以上；在城市污染大气中能见度可在5Km左右甚至更低；在浓雾中能见度只有几米。在大气气溶胶中，主要是粒径为0.1-1.0微米的颗粒物通过对光的散射而降低物体与背景之间的对比度，从而降低能见度。在这一粒径范围的颗粒物中，含有so4-2的粒子和含有NO3-的粒子最易散射可见光。
吸收作用：PM2.5对光的吸收效应几乎全部是由碳黑（也称元素碳）和含有碳黑的颗粒物造成的。尽管全世界每年排放的碳黑仅占人为颗粒物排放量的0.2-1.0%和全部颗粒物排放量的0.2-1.0%，但其引起的消光效应却要高得多，在某些地方甚至可以使能见度降低一半以上。
4 提高能见度，污染防治措施有：
主要从六个方面着手，一是要控制源头，不能在城市上风向建大气污染重的企业，要淘汰落后的工艺和设备；二是要对大气污染严重的企业进行治理，做到少排废气；三是提倡使用天然气、水电、风能、核能和太阳能等清洁能源，尽量少使用煤炭、重油和废料等污染重的燃料；四是要发展公共交通，减少车流量，提高机动车辆污染排放标准；五是要控制生活污染，餐饮油烟机要定时清洗，干洗机要封闭操作，通过洒水作业等方式防止建筑和道路扬尘；六是要注意农业农村污染，不能露天烧秸秆和垃圾，少用农药和化肥，多种树。
5 结语
综上所述，我国目前对大气污染物的成因以及来源研究已经取得了初步的成果，相应的标准也已经出台，对社会经济活动具有明确的指导和约束作用，相信随着科学技术的不断发展，大气污染现象将会得到有效的治理，居民的生活环境也将会得到有效的改善。
参考文献：
[1]谭吉华.广州灰霾期间气溶胶物化特性及其对能见度影响的初步研究[D].中国科学院研究生院（广州地球化学研究所），2007.
[2]杨复沫，欧阳文娟，王欢博，刘源，田密.大气颗粒物对能见度影响的研究进展[J].工程研究-跨学科视野中的工程，2013，12（03）：252-258.
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