细颗粒物污染的区域传输特征

　　颗粒物进入大气之后在传输过程中，由于积聚、凝结、碰并①、化学反应和吸水等作用而发生变化，最终通过干沉降和湿沉降从大气中被清除。

　　①碰并（coagulation）：云（雾）中气溶胶小粒子因相互碰撞、并合而形成较大粒子的物理过程。

　　颗粒物在大气中的滞留和传输主要取决于其沉降速度与去除方式（包括凝并、沉降、雨除与冲刷等）。

　　粗颗粒物由于重力沉降作用大而在大气中存在的时间不长，除特殊的气象条件（如沙尘暴天气）之外，不能长距离输送，细颗粒物则不然（表1）。

表1：不同粒径的大气颗粒物在大气中的沉降速度、滞留时间与去除过程

　　粒径相差一个数量级的颗粒物的沉降速度相差均在两个数量级以上。

　　粒径>1微米的颗粒物由于重力作用而很快沉降下来，粒径≤0.1微米的颗粒物沉降速度极低，但通过凝并与成核作用而很快长大，虽然不能直接从大气中清除，但可以改变颗粒的大小和形状，而后通过其他机制去除。

　　粒径为0.01微米的、原始浓度为105个每立方厘米的颗粒物经过30分钟即可减少一半；而粒径为0.2 微米、原始浓度为103个每立方厘米的颗粒物，需经过500小时才能减少一半。

　　一、区域传输对细颗粒物污染具有显著贡献

　　PM2.5是非常典型的区域性污染物。

　　以2014年北京市PM2.5源解析结果为例，全年PM2.5 来源中区域传输贡献约占28%~36%，特殊重污染过程中，区域传输贡献可达50%以上。

　　有研究基于CAMx空气质量模型的颗粒物来源追踪技术（PSAT）定量模拟了全国PM2.5及其化学组分的跨区城输送规律，建立了全国31个省市（源）向333个地级城市的PM2.5及其化学组分传输矩阵。

　　基于此传输矩阵，从区域、省、城市3个空间尺度解析了PM2.5及其主要组分，包括一次细颗粒物、硫酸盐、硝酸盐和铵盐的空间来源。

　　结果表明，跨区域传输对重点区域、省及京津冀典型城市的PM2.5污染均有显著贡献，其中京津冀、长江三角洲、珠江三角洲区域及成渝城市群PM2.5年均浓度受区城外省市的贡就分别达到22%、37%、28%、14%；海南、上海、江苏、浙江、吉林、江西等省PM2.5年均浓度受省外源贡献超过45%；北京、天津、石家庄PM2.5年均浓度受省外源影响分别达到37%、42%、33%。

　　二、细颗粒物污染的区域传输因不同地区、季节、污染时段而异

　　PM2.5的区城传输与地区、季节、污染时段等因素有关，其空间来源解析结果因不同季节、污染时段而异。

　　以北京市为例，在不同季节、污染时段，区域传输的贡献率变化较大（8%~72%）。其中，秋、冬季区域传输额贡献相对较小（8%~56%），春、夏季区域传输额贡献相对较大（39%~72%）。

　　在同一季节中，随着污染程度的加重，来自区域传输的贡献增加。

　　轻度污染时段（PM2.5日均浓度小于75微克每立方米），区域传输的贡献在8%~41%；重度污染时段（PM2.5日均浓度大于150微克每立方米），区域传输的贡献在28%~72%。

　　该结果表明，区域传输对PM2.5来源的贡献显著，且在特殊重污染过程，区域传输贡献增加。

　　要改善空气质量，急需切实开展重污染时段预报预警和区域联防联控，削减区域内的污染物排放总量。

细颗粒物的传输过程

本文节选于《大气细颗粒物污染》，由中国环境科学学会编著。