灰霾天气城市空气污染程度判据指标体系建立的探讨刘　伟,韩　毓　(天津市环境监测中心,天津300191)摘　要:灰霾天气加重空气污染程度,是空气污染呈现区域性、复合型污染的重要天气污染现象,对视觉空气质量以及人体健康造成很大影响与危害。

针对灰霾天气下城市空气污染加重程度判据系统建立,对灰霾天气下空气污染程度评估方法及建立污染程度与能见度量化相关关系进行了初步探讨。

关键词:灰霾天气;污染程度;判据建立中图分类号:X 823 文献标识码:A 文章编号:100226002(2009)0320086204Discussion on the R elation B etw een U rb an Air Pollntion and H azy Weather Conditions LI U Wei ,et al (T ianjin Environmental M onitoring Centre ,T ianjin 300191,China )Abstract :Haze ,as an im portant ,com plex and regional meteorological pollution phenomenon ,could aggravate air pollution degree and als o effect visual air quality and human health.In order to establish the determination indicator system for city air pollution aggravation degree on hazy air condition ,an initial discussion was made about evaluation method of air pollution degree on hazy weather condition and the quantitative correlation between pollution degree and atm ospheric visibility.K ey w ords :Hazy weather ;Degree of pollution ;Establishment of determination indicator收稿日期:2007209221基金项目:天津市应用基础计划项目(06YE JM JC06300)作者简介:刘　伟(1954-),女,天津人,教授级高级工程师. 灰霾天气尽管是一种天气现象,但与空气中颗粒物细粒子、气溶胶及光化学烟雾等污染物污染状况密切相关。

当出现灰霾天气时,城市空气污染往往呈现复合型与区域性污染现象,对视觉空气质量以及人体健康造成很大影响与危害。

近年,国外一些国家相继开展了大气气溶胶、能见度、灰霾等研究,对灰霾的成因,引起能见度下降的机理、能见度评估方法、灰霾影响及其治理措施的研究取得了重要进展。

在我国,有关灰霾和能见度量化相关性的研究,对灰霾天气城市空气污染程度与能见度量化判据的建立尚处于研究阶段。

近年来,我国部分城市空气污染正在从单一的煤烟型污染向复合型空气污染转型,尤其是以细粒子、臭氧为特征的城市群区域大气复合污染问题凸现,北京、广州等大城市灰霾天气频发,已经引起社会的广泛关注。

据气象部门对天津市城市污染气象的观测结果显示,天津地区灰霾天气在近几年呈增多趋势。

针对该问题,天津一些大学及研究机构对灰霾的观测、形成机理、化学组分等方面开展了系统研究。

但对灰霾天气下空气污染程度分析及污染预警评估方法建立,特别是对灰霾天气致使城市空气污染加重程度进行系统判定,建立污染程度与能见度量化判定判据,针对灰霾天气产生的空气污染进行量化评估,并且给出直观的视觉空气质量指标,无疑是控制灰霾天气发生,发布污染预警以及污染防治,保护人体健康亟待研究的重要内容。

1　灰霾天气空气污染判据指标 灰霾天气加重空气污染程度,使空气混浊,能见度降低,危害人体健康。

所以,都市霾的出现具有重要的空气质量指示意义[1]。

分析灰霾天气成因的气象条件主要有合适的大尺度天气形势;气流停滞区、近地面静小风;大气边界层存在强逆温层;强日照和低相对湿度以及以上条件持续多日维持[2]等。

空气中气溶胶、细粒子污染加重灰霾天气空气污染,特别是在城市群密集区域大气复合型污染问题凸现,导致城市能见度下降。

为有效评定灰霾天气对空气质量的危害程度,基于灰霾天气与空气污染的相互关系,主要从以下方面探讨灰霾天气空气污染判据指标体系的建立。

111　视觉空气质量指标体系在国外,已将能见度作为视觉空气质量指标。

第25卷　第3期2009年6月中　国　环　境　监　测Environmental M onitoring in China V ol.25　N o.3Jun.2009美国将区域污染物排放形成的能见度损害称作Haze,并通过立法提出了保护能见度的需求[3,4],以及对一类保护区,进行未来能见度可能损害的预防和已存在能见度损害的修复等立法目标。

王炜、朱坦等[4]在城市空气污染物与能见度的关系研究中,依据城市能见度与颗粒物的密切关系,提出了能见度有可能成为空气质量的视觉度量手段和视觉空气质量的评价方法,并依据能见度理论,推导建立了颗粒物污染的消光系数和能见度之间理论联系的数学方程。

大气能见度作为大气透明度程度的一种表示方式,不仅可以反映区域大气环境质量,而且与城市居民生活息息相关[5]。

对于大气污染与能见度的关系研究在北京、上海、广州等大城市相继开展[6-8],近年随着监测技术的发展,对大气气溶胶、细粒子污染形成的灰霾天气导致能见度下降的研究更为广泛。

吴兑、毕雪岩、邓雪娇等研究了珠江三角洲和广州地区灰霾天气导致能见度下降的问题[9,10]。

2005年11月初在北京、天津及周边地区出现的较大范围的区域性空气污染问题,形成了一次较为典型的区域性灰霾污染过程[11],见图1。

针对天津地区此次典型灰霾与大雾交替的天气过程,对空气中可吸入颗粒物(P M10)与能见度进行了同步观测,同时对此过程中空气相对湿度的变化进行了时实监测。

以天津地区宝坻空气监测子站观测到雾-霾交替叠加的污染过程为例[12],绘制了能见度与颗粒物污染过程变化趋势图,见图2。

图1　2005年11月1日～5日北京及周边地区区域污染状况图2　2005年11月1日～5日期间雾-霾污染过程 由图2可见,能见度与颗粒物污染状况基本呈现负相关,在颗粒物持续高污染水平状态下,能见度明显降低,基本维持在小于1km水平。

分析此次污染变化的天气形势,天津市地面处于变性高压后部,受均压场或地形槽控制,系统稳定,长时间处于静风状态,早晚逆温较强,不利于污染物扩散,这种不利的气象条件导致污染物不断积累的污染过程。

此次污染的特征主要表现在雾与灰霾的交替出现,灰霾主要出现在白天,气温偏高,相对湿度低的时段,而在夜间相对湿度增至90%以上,出现灰霾与雾的叠加,并以此交替循环,可吸入颗粒物小时浓度均值最高持续上升,能见度最低降至011km以下。

综合观测可见,至3日中午12:00以　刘　伟等:灰霾天气城市空气污染程度判据指标体系建立的探讨87 后,气温由1118℃升至15℃,相对湿度由90%降至72%,能见度略有好转,基本在1km 左右,但仍是较为严重的灰霾天气,可吸入颗粒物一直处于五级重污染水平。

3日傍晚静风,湿度加大至饱和,灰霾转为雾,能见度持续下降至不足011km ,同时可吸入颗粒物浓度值不断攀升,小时峰值达到01898mg Πm 3,且此后连续4小时均值保持在该水平。

至4日夜间23:00,地面仍为浓雾天气,静风,能见度仅为0101km ,值得关注的是此间可吸入颗粒物浓度值出现明显大幅下降,小时均值由原来的01869mg Πm 3降至01264mg Πm 3。

4小时以后,可吸入颗粒物小时浓度均值已降至二级良好水平。

此间,由于环境空气中长时间存在近饱和水汽凝结核对污染物产生了一定的沉降作用,出现一次较为明显的颗粒物大幅下降过程。

该过程是在能见度达到0101km 的浓雾天气持续约24小时后出现的,小时浓度均值在小于013mg Πm3以下维持了约9个小时,之后再次上升。

但由于这种浓雾的沉降作用有限,在不利的天气条件下,环境空气中的污染物质很快再次得到积累,污染再次加重。

此次浓雾与霾的天气一直持续了近50个小时。

直至5日傍晚,一直影响市区的变性系统完全过境,天津市处于高压前部,地面出现4m Πs 的北到西北风,湿度大幅降低,能见度好转,4小时后,可吸入颗粒物小时均值达到二级良好水平,污染过程结束。

为了进一步探讨颗粒物与能见度的相关性,初步量化两者间的关系,以2005年气象数据及环境空气质量监测数据为基础进行了空气中颗粒物浓度与能见度间的相关分析,重点针对不同相对湿度条件下可吸入颗粒物浓度与能见度的响应关系,分别建立了相对湿度为小于80%、80%～90%、大于90%三级的乘幂指数回归方程,绘制了相关的散点图,见图3。

图3　不同相对湿度条件下可吸入颗粒物浓度值-水平能见度相关散点图 分析可吸入颗粒物浓度与水平能见度间的相关关系,得到三个乘幂指数方程:y =110101x -018624,R =017422(<80%)y =017237x -018562,R =017316(80%～90%)y =011142x-114168,R =016401(>90%) 其中,当相对湿度<80%时,两者间的相关性相对最好,而当相对湿度>90%时,两者间的相关性相对最差,表明此时相对湿度干扰较大[12]。

该方程的建立为确定与量化灰霾天气与能见度的相关关系,量化灰霾天气城市空气污染程度视觉空气质量指标体系的建立与判定提供了技术参考,为灰霾天气空气污染程度的诊断及污染预报研究提供了技术基础。

但由于缺少应用校准,有待在实用中完善与修订。

112　污染生态效应与环境风险评估指标体系灰霾天气作为一种极端的空气污染现象,对其建立污染生态效应与环境风险评估指标体系同样具有现实意义和应用价值。

污染生态效应及评价是针对污染物进入生态系统后,对生态系统的危害和影响,以及生态系统产生的不良反应与适应性变化的判定。

孙铁珩、周启星等[13]对污染生态效应评价类型与方法的研究,将生态系统污染的时间域,分为回顾性评价、现状评价和预测评价;同时对大气污染生态学的研究领域,对大气生态系统污染及大气污染生态效应进行了概述,对主要包括烟雾及其生态效应、酸雨及其生态效应、臭氧层破坏及其生态效应以及全球气温暖化及其生态效应进行了系统的研究。