解析：灰霾天中PM2.5的到底是什么？

2011-12-6 08:34 | 发布者: EHS最新资讯 | 查看: 4258 | 评论: 0 | 原作者: 谭知还 | 来自: 科学松鼠会

摘要：近日来我过北方城市灰霾天气不断，一直有关“PM2.5”的数值的高低，到底什么是“PM2.5”？“PM2.5”对空气有什么影响？它的数值是否代表空气质量？

12月4日晚，美国驻华使馆发布的北京PM2.5监测数据再次爆表，超过了最高污染指数500，此时的PM2.5浓度522，也因为“超出了该污染物的值域”，在美国环保局网站上无法转换为空气质量指数。相关新闻：美监测京PM2.5再爆表京称“轻度污染”

近日来我过北方城市灰霾天气不断，一直有关“PM2.5”的数值的高低，到底什么是“PM2.5”？“PM2.5”对空气有什么影响？它的数值是否代表空气质量？

　　1. PM2.5是什么？

　　如果是初次接触，“PM2.5”这一串字符也许会让你看得云里雾里，不知所云。其实它有一个容易理解的中文名——细颗粒物，是对空气中直径小于或等于2.5微米的固体颗粒或液滴的总称。这些颗粒如此细小，肉眼是看不到的，它们可以在空气中漂浮数天。人类纤细的头发直径大约是70微米，这就比最大的PM2.5还大了近三十倍。

　　PM是英文particulate matter（颗粒物）的首字母缩写。准确的PM2.5定义要在“直径”之前加一个修饰语“空气动力学”，这可不是故作高深。空气中的颗粒物并非是规则的球形，那怎么定义又怎么测量其直径呢？在实际操作中，如果颗粒物在通过检测仪器时所表现出的空气动力学特征与直径小于或等于2.5微米且密度为1克/立方厘米的球形颗粒一致，那就称其为PM2.5。这样的定义也就决定了在测定PM2.5时，需要利用空气动力学原理把PM2.5与更大的颗粒物分开，而不是用孔径为2.5微米的滤膜来分离。

　　知道了PM2.5的定义，就很容易得出PM10的定义了——将定义中的2.5换成10即可，PM10也被称为可吸入颗粒物。在PM10中，直径在2.5至10微米之间的颗粒物被称为粗颗粒物，与细颗粒物相对。

　　2. PM2.5来自哪里，都有些什么成分？

　　虽然自然过程也会产生PM2.5，但其主要来源还是人为排放。人类既直接排放PM2.5，也排放某些气体污染物，在空气中转变成PM2.5。直接排放主要来自燃烧过程，比如化石燃料（煤、汽油、柴油）的燃烧、生物质（秸秆、木柴）的燃烧、垃圾焚烧。在空气中转化成PM2.5的气体污染物主要有二氧化硫、氮氧化物、氨气、挥发性有机物。其它的人为来源包括：道路扬尘、建筑施工扬尘、工业粉尘、厨房烟气。自然来源则包括：风扬尘土、火山灰、森林火灾、漂浮的海盐、花粉、真菌孢子、细菌。

　　PM2.5的来源复杂，成分自然也很复杂。主要成分是元素碳、有机碳化合物、硫酸盐、硝酸盐、铵盐。其它的常见的成分包括各种金属元素，既有钠、镁、钙、铝、铁等地壳中含量丰富的元素，也有铅、锌、砷、镉、铜等主要源自人类污染的重金属元素。

　　2000年有研究人员测定了北京的PM2.5来源：尘土占20%；由气态污染物转化而来的硫酸盐、硝酸盐、氨盐各占17%、10%、6%；烧煤产生7%；使用柴油、汽油而排放的废气贡献7%；农作物等生物质贡献6%；植物碎屑贡献1%。有趣的是，吸烟也贡献了1%，不过这只是个粗略的科学估算，并不一定准确。该研究中也测定了北京PM2.5的成分：含碳的颗粒物，硫酸根，硝酸根，铵根加在一起占了重量了69% 。类似地，1999年测定的上海PM2.5中有41.6%是硫酸铵、硝酸铵，41.4%是含碳的物质。

　　3. PM2.5对健康有什么危害？

　　PM2.5主要对呼吸系统和心血管系统造成伤害，包括呼吸道受刺激、咳嗽、呼吸困难、降低肺功能、加重哮喘、导致慢性支气管炎、心律失常、非致命性的心脏病、心肺病患者的过早死。老人、小孩以及心肺疾病患者是PM2.5污染的敏感人群。

　　如果空气中PM2.5的浓度长期高于10微克/立方米，死亡风险就开始上升。浓度每增加10微克/立方米，总的死亡风险就上升4%，得心肺疾病的死亡风险上升6%，得肺癌的死亡风险上升8%。这意味着多大的风险呢？我们可以拿吸烟做个比较。吸烟可使男性得肺癌死亡的风险上升21倍（也就是上升2100%），女性的风险上升11倍（1100%）；使中年人得心脏病死亡的风险上升2倍（200%）。和吸烟一比，PM2.5的危害就显得非常小了。如果吸烟都没有让你感到恐惧，那你就不用担心眼下PM2.5超标对健康的影响了。

　　但是，从全社会的角度出发，降低这些看似不大的风险，收益却是很大的。美国环保局在2003年做了一个估算：“如果PM2.5达标，全美国每年可以避免数万人早死、数万人上医院就诊、上百万次的误工、上百万儿童得呼吸系统疾病”。相比当前的中国，美国当时的空气质量已经相当不错，只有很少的地区存在略微的超标。如果中国的PM2.5能够达标，社会收益无疑将会是巨大的。

　　上述关于PM2.5死亡风险的数据源自2002年发表于《美国医学会杂志》的一篇论文。这篇论文分析了一项长期研究中参与者的死亡率和空气污染之间的关系，发现死亡率升高与PM2.5和二氧化硫的污染有关联，而与粗颗粒物污染没有可靠的关联。该项在美国进行的前瞻性研究始于1982年，当时招募了120万的参与者。论文的结论是基于长达16年的随访数据，是目前关于PM2.5污染增加死亡风险最可靠的证据。

　　4. 如果没有污染，PM的浓度有多高，现在实际有多高？

　　即使没有人为污染，空气中也有一定浓度的PM2.5，这个浓度被称为背景浓度。在美国和西欧，背景浓度大约为3-5微克/立方米，澳大利亚的背景浓度也在5微克/立方米左右。中国的背景浓度有多高？目前尚无公开的数据，但应该不会和其他国家相差太大。

　　中国尚未开展大范围的PM2.5监测，公开的PM2.5数据非常有限。位于广州的环保部华南环境科学研究所从2011年从6月13日开始每日发布PM2.5监测值，截至11月20日，浓度范围在0.6至99 微克/立方米之间（注：0.6这个数据应该是仪器故障所致，正常值不会这么低），平均值为38微克/立方米，这个值超过了拟发布的年均标准（35微克/立方米）。在这121天中，已经有6天超过了拟发布的日均标准（75微克/立方米）。从近十几年来发表的科学论文中，可以查到中国一些大城市某一区域某一阶段的PM2.5的测定值。例如，2000年在北京的5个监测点测得的PM2.5年均值为101微克/立方米；2008北京奥运会的17天中，在北大测得的PM2.5最低28.2，最高147.4微克/立方米，平均64.7微克/立方米。1999年，在上海两个监测点测定的PM2.5年均值为57.9和61.4 微克/立方米。这些年均值都远高于拟发布的年均标准（35微克/立方米）。

　　除了查阅以上这些零星的数据，我们还可以根据PM10的数据估算一下PM2.5的浓度。按照中国现行的空气质量标准，PM10是常规监测指标，全国性监测已开展了十几年。从2001年至2009年，全国主要城市PM10的平均值从125降到了90微克/立方米。PM2.5和PM10之间的比例通常在0.5-0.8之间，我们取0.8做一个极端估算可得：2009年全国主要城市的PM2.5平均值为72微克/立方米，是即将发布的新标准的2.1倍（35微克/立方米）。和美国的空气质量相比，这差多少呢？2009年，全美国年均PM2.5为9.9微克/立方米，在724个监测点中有90%以上的监测点年均值低于12.6微克/立方米。

　　全国的年均值只是用来反映我国颗粒物污染的总体现状，对于评价我们所在城市的空气质量意义并不大。我们更需要关注的是离我们生活、工作最近的监测点的数据。这个数据哪里有呢？如果你生活在北京而且恰好在美国大使馆附近，那你可以参考该馆发布的实时PM2.5数据。

　　不过值得一提的是，虽然美国大使馆的监测仪器是专业的（见问答9），但是大使馆毕竟不是环境监测部门，没有证据表明他们的工作人员具备相应的专业知识，而且他们测出的PM2.5数值经常比环保部门以及第三方测定的PM10还高，这是不正常的。所以，美国大使馆的数据也只能“仅供参考”。

　　然而，我们更多的人并不生活在北京，即使在北京也不在美国大使馆附近，那我们该看哪里的数据呢？全国主要城市的实时PM10数据可以在环境监测总站的网站上查到，每个城市都有数个监测点，我们可以选离得最近的那个点作参考。如果你很乐观，那么可以估算PM2.5=PM10 × 0.5，如果你很悲观，那么就估算PM2.5=PM10 × 0.8。

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