摘要：本文通过对我国大气细颗粒物PM2.5的时间、空间分布特征以及来源解析的相关研究进行总结，得出PM2.5随时间、空间及气象条件变化的规律。列举了我国部分大城市的PM2.5的监测数据，通过对我国整体PM2.5的分析，指出各主要污染源所占的比重及存在的问题，为空气环境的治理提供参考。 关键词：PM2.5 大气污染物 污染源 分布特征 比重 变化规律 存在问题
0 前言
引起大气环境质量下降的首要污染物是可吸入颗粒物（空气动力学当量直径为0.1~10μm），是对人体健康危害最大的颗粒物质，其中粒径在2.5μm以下的细颗粒物即PM2.5尤甚，它不仅能够通过消光作用降低大气能见度，而且由于其在大气中的传输距离远、停留时间长，对大气质量有重要的影响。此外，由于他们具有较大的比表面积，故容易吸附有害元素及化合物，且粒径越小，越容易随呼吸通过鼻纤毛进入血液或沉积在肺部，使人罹患呼吸系统疾病或心脑血管疾病，甚至导致早逝。因此，PM2.5逐渐成为城市大气环境质量评价和研究的重点内容。 研究我国PM2.5的分布特征、化学组成、来源等性质，对于尽快开展PM2.5源头控制研究以及应对区域PM2.5复合型污染具有重要意义。
1 什么是PM2.5颗粒
图1&2 PM2.5颗粒的示意图
PM2.5颗粒在空气动力学中是指大气中直径小于或等于2.5微米的颗粒物，也称为可入肺颗粒物，其直径还不到人的头发丝粗细的1/20。与较粗的大气颗粒物相比，PM2.5粒径小，富含有大量的有毒、有害物质且在大气中的停留时间长、输送距离远，因而对人体健康和大气环境质量的影响更大。专家们表示：按照世界卫生组织的评价标准，如果将PM2.
5纳入国家环境质量监控体系，全国空气质量达标的城市会从现在的80%下降到20%。
1.1 PM2.5、PM10和PM100的区别
PM，英文全称为particulate matter(颗粒物）。科学家用PM2.5表示每立方米空气中这种颗粒的含量，这个值越高，就代表空气污染越严重。
在城市空气质量日报或周报中的可吸入颗粒物和总悬浮颗粒物是人们较为熟悉的两种大气污染物。
酷基可吸入颗粒物又称为PM10，指直径大于2.5微米、等于或小于10微米，可以进入人的呼吸系统的颗粒物；总悬浮颗粒物也称为PM100，即直径小于或等于100微米的颗粒物。
图3 环境大气颗粒物粒径分布图
2.PM2.5的危害
2.1 人体的健康危害
气象专家和医学专家认为，由细颗粒物造成的灰霾天气对人体健康的危害甚至要比沙尘暴更大。
图4 PM2.5的健康危害图
2.1.1呼吸道的危害
粒径10微米以上的颗粒物，会被挡在人的鼻子外面；粒径在2.5微米至10微米之间的颗粒物，能够进入上呼吸道，但部分可通过痰液等排出体外，另外也会被鼻腔内部的绒毛阻挡，
对人体健康危害相对较小；而粒径在2.5微米以下的细颗粒物，直径相当于人类头发的1/10大小，不易被阻挡。被吸入人体后会直接进入支气管，干扰肺部的气体交换，引发包括哮喘、支气管炎和心血管病等方面的疾病。
2.1.2溶于血液的危害
每个人每天平均要吸入约1万升的空气，进入肺泡的微尘可迅速被吸收、不经过肝脏解毒直接进入血液循环分布到全身；其次，会损害血红蛋白输送氧的能力，丧失血液。对贫血和血液循环障碍的病人来说，可能产生严重后果。例如可以加重呼吸系统疾病，甚至引起充血性心力衰竭和冠状动脉等心脏疾病。总之这些颗粒还可以通过支气管和肺泡进入血液，其中的有害气体、重金属等溶解在血液中，对人体健康的伤害更大。人体的生理结构决定了对PM2.5没有任何过滤、阻拦能力，而PM2.5对人类健康的危害却随着医学技术的进步，逐步暴露出其恐怖的一面。
2.1.3寿命的危害
在欧盟国家中，PM2.5导致人们的平均寿命减少8.6个月。而PM2.5还可成为病毒和细菌的载体，为呼吸道传染病的传播推波助澜。目前国际上主要发达国家以及亚洲的日本、泰国、印度等均将PM2.5列入空气质量标准。而最为悲催的是，PM2.5尚未被列入我国环境空气质量指标，因此这就成了美国大使馆数据和政府官方数据直接冲突的根本原因。
中国工程院院士、中国环境监测总站原总工程师魏复盛研究结果还表明，PM2.5和PM10浓度越高，儿童及其双亲呼吸系统病症的发生率也越高，而PM2.5的影响尤为显著。 图5 PM2.5对人体的具体危害
2.2试验论证
《整体环境科学》（Science of Total Environment）上增刊登过北京大学医学部公共卫生学院教授潘小川及其同事一项新发现：皱纹纸2004年至2006年期间，当北京大学校园观测点的PM2.5日均浓度增加时，在约4公里以外的北京大学第三医院，心血管病急诊患者数量也有所增加。虽然PM10和PM2.5都是心血管病发病的危险因素，但PM2.5的影响显然更大。
世界卫生组织在2005年版《空气质量准则》中也指出：当PM2.5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%。一份来自联合国环境规划署的报告称，PM2.5每立方米的浓度上升20毫克，中国和印度每年会有约34万人死亡。
3 PM2．5质量浓度的分布特征
随着我国工业化进程的加快，许多地区的大气环境质量受到影响，大气气溶胶中PM2．5超标情况严重。这和中国以煤炭为主的能源结构有较大关系，煤炭的燃烧不仅能直接排放大量的一次细颗粒物，而且燃烧产物SO 等前体气态污染物能够通过光化学反应生成二次 细颗粒物排放到大气中。
为探究我国大气细颗粒物随时间、空间变化的分布特征，将我国不同地区、不同时间的PM2．5质量浓度监测值进行汇总，如表1所示。
表1 我国部分典型地区PM2.5质量浓度检测值汇总表
mg·m^(-3)
城市 | 采样地点 | 监测时间 | PM2.5 | 我国标准 |
北京 | 市区 | 1990 | 0.077 | |
北京 | 车公庄 | 2001 | 0.116~0.129 | |
| 清华园 | 2001 | 0.097~0.102 | |
北京 | 环测站 | 2003 | 0.100 | |
上海 | 市区2001 | 2001 | 0.065 | |
南京 | 城市功能区 | 2001 | 0.196 | 0.035（年平均） |
南宁 | 城市功能区 | 2002 | 0.229 | 0.075（24h平均） |
广州 | 公交站 | 2009 | 0.173~0.344 | |
珠海西区 | 城市 | 2011 | 0.104 | |
| 农村 | 2011 | 0.078 | |
青岛 | 沿海地区 | 1998 | 0.076 | |
青岛 | 八关山 | 2007 | 0.097 | |
贵州 | 农村 | 2011 | 0.157 | |
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由表1可以看出，我国各地PM2．5质量浓度分布呈现出时间和空间上的差异，但其质量浓度值普遍超出我国2012年2月颁布的国家标准。例如，北京、上海两直辖市由于发展建设速度快、工业相对发达、汽车保有量大等原因，PM2．5浓度超标严重。此外，PM2．5质量浓度较高的地区还包括工业发达如南京、南宁等地的城市功能区，秸秆等生物质燃烧较为严重的贵州农村地区以及机动车尾气排放严重的广州市公交站等监测点。相比之下，青岛、珠海等沿海地区PM2．5质量浓度较低，这可能和这些地区海陆风的转换等气象条件有利于污染物的稀释扩散以及工业污染源相对较少有关。
由于功能区、污染物来源、气象条件等的不同，PM2．5的质量浓度分布存在着时间、空间上的相应差异。
3.1 PM2．5质量浓度随时间变化的分布特征
大量研究表明，同一地区PM2．5的质量浓度分布存在明显的季节变化规律。采暖期普遍高于非采暖期，这主要是由于煤的燃烧产生的一次、二次颗粒物是此时期大气中颗粒物的主要来源 。例如南宁、上海等地的PM2．5的质量浓度冬、春季明显大于夏、秋季，又如台湾的彰化地区冬季PM2．5的质量浓度高于65 μg／m ^3，而夏季PM2．5宿主化的质量浓度则
低于40 μg／m^3。国外PM2．5研究者也得到了相同的季节变化规律。Christopher H． 认为产生这种规律的另一个原因是季节变化能够引起空气中水的含量(即湿度)改变，寒冷的冬季有利于重金属随水分结晶，从而增大了PM2．5的重金属质量浓度，从而导致其质量浓度增加。
3．2 PM2．5质量浓度随空间变化的分布特征
区域发展常有个体差异，区域内不同的人为污染源会对PM2．5的质量浓度值产生不同的贡献量。此外，空间位置不同，地形、土壤、气候等自然条件就不相同，也会造成PM2．5质量浓度的差异。如在同段时间内，我国台湾地区东、西部的PM2．5质量浓度差异明显，东部明显低于西部。
2010年美国国家航空航天局(NASA)公布的大气环境质量地图表明，全球PM2．5最高的地区在北非和我国的华北、华东、华中地区。2004-2005lc谐振放大器年每日空气质量报告表明，中国的PM2．5分布有如下空间特点：中国空气污染最重的是北部和西北部地区，中南和东北地区次之；最清洁的地区是南部，其次是东南部。北方城市比南方城市污染严重，正是由于北方有较高质量浓度的首要污染物—— 细颗粒物。在局部地区，由于地形、气候等原因，
高土壤颗粒物质量浓度会影响PM2．5质量浓度，进而影响空气质量。
涤纶编织物浸水性能试验 3．3 PM2．5质量浓度随气象条件变化的分布特征
气象条件如光照强度、风速、降水量等都会对PM2．5的形成和扩散产生影响。高的光照强度有利于光化学反应的发生而促进二次粒子的生成。风速影响颗粒物的扩散，通常风速越大，空气中污染物质的稀释扩散越快。但是有些情况下由于地形的差异，风速太大也能造成颗粒物质量浓度提高，例如我国西北部由于较强的西北风引起沙尘暴造成中国北方地区颗粒物质量浓度激增。降水对空气污染物有冲刷作用。
4 我国PM2．5来源解析
4．1 基于化学组成分析的PM2．5来源初步判定
细颗粒物的来源不同，其上附着的物质就不同，因此可以根据化学组成初步判定其来源。
PM2．5由于粒径较小、比表面积大，故大气环境中的元素及化合物极易吸附在其表面，主要包括如下几类：
(1)有机物。主要有多环芳烃、烷烃类、有机脂肪酸等，另外还有少量的亚硝胺、杂氮环化物、醌类、酚类等。PM2．5上的有机物因来源不同而异。
(2)金属。重金属主要为Ca、Na、Mg、ic卡智能门锁Cu、Fe、Al、As、Cd、K、La、Mo、Mn、Pb、Sb和Rh等。Ying Wang 通过Cr离子分析得到北京春季PM2．5的主要来源是西部和西北部的扬尘，Ca／A1的质量比值表明北京PM2．5的来源不是单一污染源，工业废气和汽车尾气是主要来源，而煤和生物质燃烧是第二来源。
(3)无机离子。主要为硫酸根、氯离子等阴离子以及无机阳离子，如除重金属离子外的氨根离子。
(4)微量无机非金属元素。如Se、Cl、Br、As等。杨复沫等发现北京冬季PM2．5的微量元素富集因子在春季最低，反映出受到沙尘暴天气的频繁影响。Se、Br的质量浓度是北京A层土壤中相应元素含量的1 000～8 000倍，说明他们主要来自人为污染。其中Se的富集因子最高，说明北京市细颗粒物离子来自于燃煤污染。
4.2 基于化学一统计学的PM2．5源解析
基于化学一统计学方法，通过对PM2．5上附着的全部化学成分进行定量测定来解析其来源是目前PM2．5研究的热点方向之一。PM2．5的源解析能够帮助到其污染源及对应的贡献率，从而有的放矢地为城市的污染控制提供可靠的依据。
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