应重庆大学《大学科普》之邀，2012年曾投稿两篇科普性文章：“认识PM2.5”和“为什么会灰霾”。前一篇发表于《大学科普》2012年第3期，85-87页。后一篇滞后了整1年：《大学科普》2013年第3期，85-87页。http://bbs.sciencenet.cn/blog-609047-744405.html 

昨天看到科学网上有博文“雾霾”，形式是科普，但感觉（1）问题很多；（2）网友需要相关信息。如果和那位博主讨论，又很费时费力。于是就把自己一年前写的文章贴在下面，以供参考。

第一篇是“认识‘PM2.5’”  。。。。（第二篇是“为什么会‘灰霾’”）

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认识“PM_2.5”

2011年入秋以来，北京出现了几次较严重的灰霾污染。美国驻北京大使馆监测和公布了PM_2.5的空气污染指数（API）为严重污染，但北京环保部门监测PM₁₀得到的相应API数据只说明轻微污染，引起舆论哗然。环保部门和专业人士解释了这种API数值不一致，感觉污染严重但API数值不严重偏高的状况，是因为我国监测的是PM₁₀的日均值，美国大使馆的数字是PM_2.5的小时值。经过讨论，环保部发布了新的空气质量标准，其中包括了PM_2.5和臭氧（O₃），将于2016年1月1日起实施。然而什么是PM_2.5，有什么特性，来源是什么，和灰霾的关系，对人体健康有的危害，怎样控制治理等问题，仍然困扰着媒体和公众。本文结合空气污染基础知识和我国研究工作，一一解释这些问题。

1. 什么是PM_2.5

PM是英文颗粒物（Particulate Matter）的缩写。空气中的颗粒物实际上指除气态以外的各种固态、胶体和液滴等，有时又称为“气溶胶”。根据野外观测的一般结果，颗粒物粒度在大气中分布存在两个峰值，一个在10微米附近，另外一个在0.1微米左右，尺度较大的颗粒物主要是自然过程和“一次”性即从污染源直接排放的污染物，人为排放和二次粒子则主要分布在尺度较细的范围。环境学科定义PM_2.5为粒度小于等于2.5微米的颗粒物，又称“细颗粒物”。实际上，大量PM_2.5只有大约0.1微米大小。定义PM₁₀为粒度小于等于10微米的颗粒物，又称“可吸入颗粒物”。粒度小于等于100微米的所有可悬浮的颗粒物则定义为TSP（Total Suspended Particulate matter）。PM_2.5、PM₁₀、和TSP通常以质量浓度为单位，即每立方米微克或毫克。此外，环境学科还定义和观测“降尘”，指通过非降水过程沉降到地面的全部颗粒物，但以每月每平方公里吨为计量单位。

2、PM_2.5包含一次和二次污染物

有些空气污染物从污染源直接排放，例如烟囱排出的二氧化硫、氮氧化物、烟尘、粉尘、以及汽车尾气等，称为“一次污染物”；另一些由污染源排出的气体经历大气化学过程而形成，例如光化学烟雾中的臭氧(O₃)、酸雨中的硫酸盐和硝酸盐等，称为“二次污染物”。我们关心的细颗粒物PM_2.5非常复杂，包括“一次”、“二次”、及至可以由“一次”和“二次”污染物共同组成。图1还特别表示光化学烟雾是由一次和二次污染物共同组成的混合物。

3、PM_2.5的组成和来源

PM_2.5的组成和排放源和形成过程相关，主要包含土壤组分、有机碳和无机碳、硫酸盐和硝酸盐、海盐等。PM_2.5的来源十分复杂。例如自然过程：风沙、山火和扬尘、海盐等；人为过程则包括直接排放过程，如烟尘和粉尘、秸秆燃烧、汽车尾气（特别是柴油车尾气）、一手烟和二手烟、厨房油烟等；也包括二次颗粒物，即通过大气化学过程转化形成的硫酸滴、硫酸盐、硝酸滴和硝酸盐等。

我国关于细粒子的研究从1990年代就开始进行了，当时是研究“气溶胶”。1997年美国环保局提出PM_2.5的环境质量标准后，北京、上海、广州等多地都进行了PM_2.5的观测研究，有些研究已经连续坚持10年，得到了重要成果。主要结论包括：我国城市PM_2.5污染严重，一般约占PM₁₀质量浓度的50%左右；在PM_2.5内，二次性污染物也约占40~50%；根据各个城市的不同条件，在二次性污染物中，主要是硫酸盐和硝酸盐，其质量浓度基本相当，较多情况下硫酸盐偏多。

国家环保局2010年发布的全国空气污染源调查结果表明：关于SO₂的排放，电力和热力的生产在第一位，然后是非金属矿物制造业和黑色金属冶炼和加工；关于氮氧化物，第一位的仍然是电力和热力生产，第二位才是机动车尾气，后续非金属矿物制造业。由此可见，二次细颗粒物的主要来源是电力和热力生产，然后是工业过程，第三位是机动车尾气。

4、PM_2.5的危害

PM_2.5多由燃烧过程产生，含有害物质较多，多种金属；粒度小，比表面积高，容易附着有毒有害物质；也因为粒度小，容易进入人类呼吸系统深处，对人体健康的危害明显大于较粗的颗粒物质，例如PM₁₀。但是PM_2.5有各种类型。有一次污染物型的，来自抽烟的一手烟和二手烟、汽车尾气（特别是柴油机）、厨房油烟、工业粉尘、扬尘、沙尘、秸秆燃烧等，还有燃煤排放的汞、汽车尾气可能含有的铅，以及特殊化工过程排放的污染物等。也有二次污染物型的，如吸湿性强的硫酸盐和硝酸盐等。因此PM_2.5导致的健康问题可以因其来源和组成而异。

一般情况下，PM_2.5污染不导致人体健康的急性危害。但如果发生了，就应当彻查来源，杜绝危害。长期暴露于PM_2.5污染，有可能引发呼吸系统的慢性疾患甚至癌症。但说致癌程度高于抽烟，意义并不大，因为抽烟烟气里有有毒气体，而且烟气本身也含大量PM_2.5。人们常在灰霾期间担心PM_2.5的危害，实际上没有必要。因为灰霾主要是PM_2.5中硫酸盐和硝酸盐吸湿长大引起，并不明显增加毒性。但造成的能见度损害，引起的社会经济影响却还没有受到重视：停车、停船、停航、大闹航站楼和严重交通事故等。

5、我国PM_2.5的污染形势

美国科学研究人士应用美国国家航空航天局（NASA）分析遥感影像，画出了全球PM2.5污染分布状况。污染严重地区西从北非、阿拉伯、中亚的沙漠地区，连绵我国新疆、戈壁，一直到华北、华中和华东地区北部。四川也严重污染，华南则只有小范围的污染区。干旱地区可以因为风沙和浮尘来，但华北、华中、华东和四川华南就只能用人为污染严重来解释了。“网易~发现者”第169期曾在该图上叠加机动车拥有量大于200万辆的大城市。我国有北京（450万辆）、上海（320万辆）和广州（210万辆）入选。但恰好说明城市机动车拥有量和PM_2.5的浓度分布相关性不高。而且值得注意：NASA图是2001-2006年的平均状况，那时北京上海和广州机动车拥有量还没那么多！

6、PM_2.5和灰霾的关系

灰霾是因为PM_2.5中吸湿性组分引发，主要是硫酸盐和硝酸盐，这一点学术界意见比较一致。差别在于导致硫酸盐和硝酸盐的污染气体主要来自机动车还是来自燃煤和工业过程。笔者倾向于后者，即燃煤和工业过程。我国能源结构世界独有，煤炭消费常年达到70%；而且燃煤过程排放的氮氧化物量也甚于机动车。但在灰霾形成过程中，究竟是硫酸盐起主要作用还是硝酸盐，则有待于更加精细的野外和实验室实验研究论证。

7、PM_2.5的控制治理

如前所述，PM_2.5由一次和二次污染物组成，主要是其中的吸湿性部分导致灰霾污染。因此，要控制PM_2.5，就要同时控制一次和二次污染物的污染源排放量；而要控制灰霾污染，控制会形成二次污染物的气态污染物显得更为重要。

一次性PM_2.5主要来自固定源的烟气排放和机动车尾气，以及堆场、建筑工地和道路扬尘，南方地区农村的秸秆燃烧也是短期的一次性颗粒物来源。

二次性PM_2.5主要指硫酸盐和硝酸盐，前体物是二氧化硫和氮氧化物气体。因此必须严格执行和监管脱硫设施，大力推动和实施脱氮工作。

改善能源结构是一项重要和困难的工作。发达国家达到洁净空气的主要经验是少烧煤，多用天然气和核能。汽车尾气和光化学烟雾是我国大城市市区面临的重要问题，也应当重视控制治理。

8、结论

PM_2.5污染是我国社会经济发展新阶段的出现的新型空气污染问题，和城市机动车数量增加有一定关系，但更重要的原因是我国独特的能源结构。第十个五年计划以来煤炭消耗量快速增加，但脱硫措施直至2007年才开始比较认真地实施，实际执行情况有待于观察；脱氮工作还刚刚开始。

环保部发布了新的空气质量标准，尽管PM_2.5的标准低于发达国家，并要到2016年才实施，还是说明了政府治理PM_2.5和灰霾污染的决心，符合我国经济社会发展的实际情况。例如，各大城市都设立和装备了多个有PM_2.5能力的监测台站，这在发达国家也不多见。

然而，根据我国独特的能源结构，控制PM_2.5和灰霾污染的过程将会比较长，认真执行脱硫和脱氮的工作至关紧要。加强监管，避免脱硫脱氮设施沦为摆设是环保部门应尽的责任。

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请网友继续看下一篇：关于雾霾和PM2.5的科普文章之二：为什么会“灰霾”