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“灰霾”受到青睞，成了大眾名詞。特別是在2011年入秋到2012年初春，北京經(jīng)歷了幾次嚴重灰霾，甚至祖國的象征~~天安門廣場，也被籠罩在一片灰蒙蒙之中。不分男女老幼，不分行業(yè)不同和職位高低，都感到了空氣污染的壓抑。中國空氣質(zhì)量怎么了？還能正常生活和工作嗎？是不是早年著名的空氣污染殺手“倫敦?zé)熿F”到了北京？本文從污染氣象學(xué)知識和已知研究成果出發(fā)，解釋什么是灰霾、灰霾怎樣發(fā)生、灰霾和PM_2.5的關(guān)系、灰霾和知名煙霧事件的區(qū)別、我國灰霾污染的發(fā)展、灰霾的危害、以及灰霾控制等問題。

1.什么是灰霾

大氣環(huán)境能見度的降低可以由霧(fog)、輕霧(mist)、霾(haze)、煙霧(smog)、火山灰、灰塵、沙塵或雪造成。其中，霧、輕霧和霾主要指不同大小的含水液滴或氣溶膠，世界氣象組織曾建議關(guān)于相對濕度，霧接近100%，輕霧95~100%，霾小于80%。我國科學(xué)家則建議灰霾的相對濕度可能高達90%^[1]。灰霾期間相對濕度可能關(guān)于地域有差異，但綜合我國觀測工作，尚未出現(xiàn)相對濕度低于50%發(fā)生灰霾的情況。

“灰霾”是我國氣象科研人員在2002年一次重要研討會上提出的新名詞^[2]，形象地描述了出現(xiàn)灰霾，能見度下降時的感覺：厚重、灰蒙蒙地，區(qū)別于大城市可能發(fā)生光化學(xué)煙霧時，有時偏淺藍色的輕霾；也區(qū)別于東南亞洲航測可能發(fā)現(xiàn)的棕色云團。“灰”含義雙重，還可以指顆粒物。“灰霾”指明由大氣污染物引起，和濕度密切相關(guān)，因此是一種污染氣象現(xiàn)象。相對濕度變化時，霾霧可以互相轉(zhuǎn)化。如果氣象現(xiàn)象為主，有時可能稱之為“霧霾”（例如濕度接近和超過90%時）。“灰霾”指明污染實質(zhì)，具有科學(xué)性。如果翻譯成英文，可以是“Gray Haze”。然而，這個英文詞尚未得到國際學(xué)術(shù)界的接受。我國研究人士向國際期刊投稿時，仍然只能翻譯成“Haze”。至于用“陰霾”或“煙霞”替代灰霾，只是媒體用語，不是學(xué)術(shù)詞匯。

2、灰霾怎樣發(fā)生

我們之所以看到藍天、黑煙、或能感覺灰霾，是因為入射到大氣層的陽光被大氣層中的物質(zhì)吸收或散射?？吹胶跓?，是因為大量黑碳粒子吸收太陽光線；看到藍天，是因為極其微小的空氣分子的散射，對可見光頻率范圍的藍色，以及更高頻率的輻射更為強烈（Rayleigh散射）；然而對懸浮在空中的細小粒子，特別是尺度接近可見光波長，亞微米級時，對各種頻率光線的散射強度趨于均勻（Mie或氣溶膠散射）。因此當(dāng)細粒子聚集時，各種頻率可見光都被嚴重“消光”，感覺灰色。

發(fā)生在我國的灰霾現(xiàn)象主要是氣溶膠散射類型。晴好天氣條件下，雖然漂浮在空氣中，這些細小顆粒物并不可見。當(dāng)遇到氣流幅合穩(wěn)定，污染物聚集，而又有適當(dāng)?shù)南鄬穸龋?/span>70~90%左右）時，PM_2.5的吸濕性組分，會吸收水分而增長體積，大大增強散射能力，增強消光系數(shù)，損害大氣能見度，形成灰霾。由此可見，發(fā)生灰霾必須有三個條件同時滿足：（1）PM_2.5污染嚴重；（2）氣流幅合穩(wěn)定，不利于擴散；（3）合適的濕度。

美國宇航局衛(wèi)星遙感影像揭示，北京地區(qū)PM_2.5污染早在2006年以前已經(jīng)嚴重^[3]。近年來灰霾趨于頻繁，可能是增加了氣候變化的影響因素。例如我國的降水雨帶有形態(tài)和方向的變化，北方地區(qū)水汽增加，北京居民說“桑拿天”多了。這種濕度升高的影響，是北京發(fā)生灰霾的重要原因。

3、灰霾和PM_2.5的關(guān)系

污染氣象學(xué)術(shù)界比較共同的認識是，灰霾是由PM_2.5中吸濕性強的組成部分，在適當(dāng)氣象條件下，吸濕增大，加強了散射強度及消光強度造成。PM_2.5指粒度小于等于2.5微米的細小顆粒物。PM_2.5的化學(xué)組成十分復(fù)雜，可以是直接從污染源排放的顆粒物，如黑煙、汽車尾氣、烹調(diào)油煙、香煙煙氣、沙塵和揚塵等，又稱為“一次污染物”；也可以是原本是污染氣體，在空氣中經(jīng)過化學(xué)反應(yīng)形成的硫酸滴、硫酸鹽、硝酸滴和硝酸鹽等，又稱為“二次污染物”，也是主要的吸濕性組分。野外實驗表明，灰霾過程中PM_2.5的吸濕性組分有明顯增強，在灰霾過程中起主要作用。

有研究應(yīng)用薄膜采樣和電子顯微鏡觀察空氣中硫酸鹽和硝酸鹽的性狀，發(fā)現(xiàn)硫酸鹽多出現(xiàn)于較為細小的顆粒物中，呈球形，常小于1微米；硝酸鹽則較多出現(xiàn)于較粗的顆粒物中，有針狀結(jié)構(gòu)。吸收水汽時，硫酸鹽類粒子常發(fā)展“衛(wèi)星滴”結(jié)構(gòu)，和灰霾現(xiàn)象相關(guān)較好^[4,5]。但是，灰霾發(fā)生前后微細顆粒物在空氣中發(fā)生的形態(tài)和體積變化，怎樣影響能見度的降低，亟需進一步深入研究。

4、灰霾不同于“倫敦?zé)熿F”和“洛杉磯煙霧”

倫敦?zé)熿F源于工廠煙囪和民用取暖直接排放的黑煙，主要是一次污染物，如二氧化硫（SO₂）等氣體和煙塵。又遇地面逆溫等惡劣的擴散條件和陰濕氣象條件，形成嚴重污染和煙霧，直接損害人體健康。倫敦?zé)熿F是伴隨人類第一次工業(yè)革命，燃煤和蒸汽機的大量使用，又缺乏環(huán)境保護知識和措施發(fā)生的后果。――1952年曾在5天內(nèi)造成超過4000人死亡，后續(xù)研究甚至認為因此死亡的人數(shù)達12,000人！

洛杉磯煙霧是光化學(xué)煙霧，主要是由汽車排放的NO_X在陽光照射下，發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)造成。因為內(nèi)燃機結(jié)構(gòu)和汽車使用的特殊性，經(jīng)常有不完全燃燒，因此也排放大量VOC~揮發(fā)性有機化合物，很多是烴類。VOC是發(fā)生光化學(xué)煙霧的另一必要條件，因此認為汽車尾氣是光化學(xué)煙霧的元兇。光化學(xué)煙霧的標志性產(chǎn)物是臭氧(O₃)，還醛類物質(zhì)和細顆粒物，是一次和二次污染物的混合物。對人體呼吸系統(tǒng)有直接影響：嗆人、眼睛刺激等。

灰霾主要影響大氣能見度，是物理性質(zhì)的影響，可以感到身心壓抑，但人群并不感覺呼吸道及口眼部位有直接刺激，這就和 “倫敦?zé)熿F”或“洛杉磯煙霧”有直接刺激有了本質(zhì)的區(qū)別。而且發(fā)生灰霾時，和陽光是否充足，是否有VOC沒有明顯關(guān)系。

5、我國灰霾污染發(fā)展狀況

我國早在上世紀80年代研究酸雨時，就開始研究PM_2.5，當(dāng)時稱為氣溶膠，是酸雨的前體物。關(guān)于灰霾，在2006年前后研究出現(xiàn)了高潮。我國氣象部門綜合發(fā)現(xiàn)有北方、華東、華南、西北和西南灰霾區(qū)，通常高發(fā)季節(jié)出現(xiàn)在冬春季，一天之中夜間至上午為高發(fā)時段。各地霾日在空間上均呈東多西少的分布態(tài)勢；大部分地區(qū)均呈冬季多，夏季少，春秋季居中的特點。1961-2005年，全國平均年霾日數(shù)呈現(xiàn)明顯的增加趨勢，2004年為近45年來最高值。我國東部大部地區(qū)主要呈現(xiàn)增加趨勢，特別是長江中下游、珠江流域及河南西部等地。但西部和東北地區(qū)則以減少趨勢為主。雖然總體說來，我國相關(guān)城市自2001年以來灰霾呈現(xiàn)加重趨勢，但有些城市情況不同，例如，太原、濟南、上海，報道灰霾日數(shù)在下降。廣州仍有嚴重灰霾事件發(fā)生，但灰霾發(fā)生的年日數(shù)從2006年以來逐年下降^[6]。盡管專家對觀察選點的代表性有不同意見，2011年廣州灰霾日數(shù)是歷年來最低^[7]。近年來這些城市機動車數(shù)量上升很快，灰霾年日數(shù)下降是否應(yīng)當(dāng)解釋為2007年國家嚴格要求后，當(dāng)?shù)孛摿蛟O(shè)施建設(shè)和運行的成效？

6、灰霾的危害

大范圍灰蒙蒙的灰霾污染，不僅使人群感到壓抑，而且容易使體弱，或在呼吸系統(tǒng)或心血管系統(tǒng)原本就有疾患的人群中心理緊張，但灰霾對人體健康的危害可能是有限的：灰霾主要是由PM_2.5中的吸濕性組分，特別是硫酸鹽和硝酸鹽引發(fā)。關(guān)于硫酸鹽和硝酸鹽對人體健康的影響還有待于深入研究，至少不像倫敦?zé)熿F和洛杉磯煙霧那樣有直接刺激。我國酸雨污染早已嚴重，硫酸鹽和硝酸鹽是主要酸雨前體物，可以長距離輸送，尚沒有看到嚴重影響人體健康問題的報道。灰霾和氣象條件密切相關(guān)：如果濕度進一步增加，就進化為霧，進化為雨，灰霾停止。如果濕度減小，陽光又燦爛，灰霾消散，那部分PM_2.5還在不在？但灰霾時，建議心理緊張的人群，戴口罩出門，應(yīng)當(dāng)是一個好的措施。

但是，灰霾損害能見度顯而易見，常導(dǎo)致高速公路停運或交通事故、船運和飛機航班的延誤和取消，大鬧航站樓和嚴重交通事故等?；姻苍谶@方面的社會經(jīng)濟影響卻應(yīng)當(dāng)受到研究和重視。

7、灰霾控制

灰霾主要是PM_2.5中吸濕性組分引起，是二次細顆粒物。如果把PM_2.5全都控制住了，當(dāng)然也控制住了其二次性的、吸濕性的組分。但容易誤解為只需控制PM_2.5的一次性部分就控制了灰霾，包括煙塵、揚塵、秸稈燃燒煙塵、汽車尾氣顆粒物，特別是柴油機車黑煙等。這些控制當(dāng)然對控制灰霾有部分作用，但如果沒有對二氧化硫和氮氧化物排放的嚴格控制，灰霾照樣會來。產(chǎn)生二氧化硫和氮氧化物的主力是電力熱力生產(chǎn)和工業(yè)過程（主要是燃煤）；雖然機動車尾氣是產(chǎn)生氮氧化物的重要來源，但也只占氮氧化物源的1/3。要控制灰霾，應(yīng)當(dāng)控制汽車尾氣，但更重要的是嚴格電力熱力生產(chǎn)和重要工業(yè)過程的脫硫和脫硝工作！

8、結(jié)論

我國政府和人民對空氣污染控制和治理投入很多，取得了明顯成效，各地空氣污染指數(shù)（API）基本上都呈現(xiàn)下降趨勢，就是明證。酸雨、城區(qū)光化學(xué)煙霧、灰霾污染嚴重，則多屬于二次空氣污染問題。新制定的空氣質(zhì)量標準增設(shè)了PM_2.5和臭氧要求，各地關(guān)于PM_2.5的監(jiān)測已經(jīng)展開，體現(xiàn)了治理新形式空氣污染的決心和行動。但對于偏重煤炭的能源結(jié)構(gòu)，脫硫工作從2007年以后才實質(zhì)性實施，脫硝工作還剛剛開始；盡管政府和專家大聲疾呼要控制機動車尾氣排放，哪個城市的機動車擁有量不在迅速增加？我們還需要更多努力才能進一步改善空氣質(zhì)量。