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[摘 要]本文通过文献检索与分析，通过分析气溶胶的物理化学特征、气象条件对霾天气的影响以及水溶性离子研究的总结，探讨气溶胶污染的国内外研究现状。
[关键词]气溶胶；污染特征；长春
中图分类号：X511 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）33-0284-01
大气气溶胶是指空气中呈悬浮状的固态和液态颗粒物的总称，其实际直径一般为0.001～100μm，动力学直径为0.002～100μm。气溶胶可以降低能见度，同时，它也是造成空气污染的主要污染物，对人体健康、大气环境及气候变化等有显著的影响，其中高浓度细粒子污染引起的雾霾现象，是当前全球大中城市所面临的最突出的大气污染现象。我国大气细粒子污染严重，许多城市的研究结果表明大气细粒子在PM10中所占的比例高达40%～70%，目前我国大气颗粒物污染非常严重，约2/3的城市颗粒物质量浓度水平无法达到国家已有的TSP和PM10环境质量标准，在这种形势下大气细粒子又呈现出高浓度特征，因此控制细粒子污染物问题已经迫在眉睫。
2013年全国地区雾霾天气爆发频率大大增加，全国雾霾日数达到1961以年来同期最多，其强度高、持续时间长、发生范围广。仅2013年1月雾霾事件造成的全国交通和健康的直接经济损失保守估计约230亿元，相当于非雾霾事件情况下颗粒物污染造成的所有健康终端损失的2倍，PM2.5在中国包括北京在内的31个城市导致大约25.7万人过早死亡。雾霾成因与当地的地理位置、源排放特征和气象条件密切相关，具有一定的时空变异性。我国地域广阔，不同地区污染源、气象条件、大气环流特征等差别显著，对于不同城市雾霾事件下气溶胶颗粒的物理化学研究是十分必要的。
我国已有许多学者针对雾霾期间气溶胶质量浓度、数谱分布、吸湿性、化学成分、光学性质以及相关微物理特性等方面展开了研究，且多集中于污染较为严重的珠江三角洲、京津冀、长江三角洲等区域。而针对我国东北地区雾霾期气溶胶时空分布特征的研究较少，已见哈尔滨、沈阳地区的研究成果，目前针对长春市雾霾期气溶胶特征研究则未见报道。
1、气溶胶的物理化学特征与雾霾污染
气溶胶颗粒可以散射或者吸收太阳辐射，从而直接影响气候，又可以作为云凝结核，参与成云过程，从而影响降水量和水循环，产生间接效应。近年来，国内外学者针对不同天气背景下气溶胶的光学特性展开了研究。徐政等研究称济南秋季霾天气时的散射系数与吸收系数均比非霾天气高近3倍，单次散射反照率同样高于非霾天；闵敏等利用太阳光度计观测河北香河在灰霾爆发期间气溶胶光学厚度由平日的0.31增长到1.40，Angstrom指数由1.45下降到0.99；段菁春等发现北京不同功能区气溶胶的来源存在显著差异；于兴娜等利用太阳光度计资料分析发现北京地区雾霾天气期间气溶胶光学厚度较高，气溶胶主要以细粒子为主，体积尺度谱分布表现为双峰型结构，这些结果对研究雾霾天气溶胶辐射效应具有很好的参考价值。
气溶胶化学组成对于气溶胶光学性质影响极大，其粒子谱呈现了典型的城市特征和季节变化，而细粒子是影响光学厚度的主要因素。不同来源的气溶胶的化学成分有很大的差别，主要包括水溶性无机离子，有机物和元素碳，水溶性离子组分能够起到表面活性剂的作用，增加大气颗粒物对有毒有机物的溶解性，从而增强大气颗粒物的毒性。
气溶胶含碳组分包括有机碳（OC）、元素碳（EC）和碳酸盐碳（CC），OC代表大量的有機物，包括脂肪族化合物、芳香族化合物和有机酸等，EC则是复杂的混合物，含有纯碳、石墨碳以及黑色、不挥发的高相对分子质量的有机物质（如焦油、焦炭等）。Tan等利用有机碳/元素碳（OC/EC）比值估算出大气重污染过程中SOC/OC高达36.6%，认为广州PM2.5中SOC浓度的显著增加是导致大气重污染过程形成的原因之一。
目前，国内外对气溶胶的研究主要集中在细粒子的理化性质、时间变化规律、光学特性以及二次气溶胶的形成机制等领域。针对PM2.5的研究，也多见于某个特定时间段内其浓度变化上，长时间浓度的时空变化以及气溶胶特性的综合研究非常有限，本课题拟利用国家环境保护部公布的研究区10个大气国控点位数据，进行为期三年的研究区气溶胶时空分布规律研究，同时监测气溶胶水溶性离子、无机元素和含碳组分浓度，分析其不同化学组分的时空分布特征，筛选特征元素和离子，探讨气溶胶来源。
2、气象条件对雾霾天气的影响
雾霾天气发生时大气能见度降低，可以对社会经济以及人民生活产生重要的影响；同时，雾霾天气发生时大气气溶胶聚集在大气近地层，使得大气污染物增强，空气质量下降，会对人体健康造成重要危害。一般情况下，小风、高湿、逆温等稳定的气象条件易导致雾霾天气的发生，这些气象背景场为雾霾天气的维持和发展提供了有利的气象条件。通过对雾霾天气演变过程的分析表明，气象因子可以解释超过2/3的雾霾天气逐日变化的方差。不同学者利用卫星观测数据、地面测量数据、气象站统计数据等气象数据，探讨了风速、风向、温度、相对湿度、气压等基本气象要素与雾霾污染之间的关系，得到普遍结论：湿度越大，PM2.5质量浓度越高；风速和气压越大，PM2.5质量浓度越低；温度对PM2.5质量浓度的影响规律不明显。
大气边界层内大气运动的主要特点是湍流性，这是由大气边界层所处的地位决定的。风速为零、从不被地面影响的自由大气到地球表面，风速有巨大的垂直切面，这成了边界层大气机械湍流运动的能源。此外，地球表面各种地形对气流也产生扰动，使边界层大气运动保持了湍流的性质。另一方面，由于边界层大气紧邻地表，地表温度的巨大变化使边界层大气温度的垂直梯度比自由大气要大得多。
3、水溶性离子
国内外已经有许多学者对PM2.5及其水溶性离子进行了研究，吴兑等对广州等地的大气气溶胶及水溶性成分进行了研究；廖碧婷等研究了华南地区水溶性离子粒径分布特征，得出二次离子（硫酸根、硝酸根和铵根）呈现明显的三峰分布形态，氟离子、钙离子、镁离子、钠离子和氯离子呈现双峰分布形态，钾离子呈单峰分布；李淑贤等研究了广州灰霾天气和正常天气PM2.5中水溶性离子特征，发现灰霾天气PM2.5中总水溶性离子的质量浓度增大，水溶性组分含量也发生变化；廖碧婷等研究得出广州气溶胶二次无机离子（硝酸根、硫酸根和铵根）在秋季占据了PM2.5的77.81%，刘建等研究得出广州气溶胶二次无机离子在灰霾期间约占PM2.5的55%，清洁过程约占45%；Waston等研究得出大气细粒子（PM2.5）等组分对城市能见度有显著的影响，硫酸根、铵根和硝酸根等粒子与光散射系数的相关性远大于其他组分。
马莹等研究得出春节期间烟花爆竹的燃放对气溶胶中钾离子、氯离子、硫酸根离子的影响最大，对硝酸根、铵根也存在一定程度的影响。
参考文献
[1]张人禾， 李强，张若楠. 2013年1月中国东部持续性强雾霾天气产生的气象条件分析[J]. 中国科学： 地球科学. 2014.44 （1）： 27 ～ 36；
[2]杨琨， 关月， 安林昌. 2013 年1～2 月主要天气过程[J]. 天气预报技术总结专刊， 2013. 5： 1～7；
[3]汤莉莉， 张运江， 孙业乐等. 南京持续雾霾天气中亚微米细颗粒物化学组分及光学性质[J]. 科学通报， 2014， 59： 1955～1966；
[4]穆泉，张世秋. 2013年1月中国大面积雾霾事件直接社会经济损失评估[J]. 中国环境科学. 2013，33（11）： 2087～2094；
经费支撑：吉林建筑大学大学生创新创业训练计划项目（北方典型城市降雪量和降雪频率对雾霾的影响作用研究）
[关键词]气溶胶；污染特征；长春
中图分类号：X511 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）33-0284-01
大气气溶胶是指空气中呈悬浮状的固态和液态颗粒物的总称，其实际直径一般为0.001～100μm，动力学直径为0.002～100μm。气溶胶可以降低能见度，同时，它也是造成空气污染的主要污染物，对人体健康、大气环境及气候变化等有显著的影响，其中高浓度细粒子污染引起的雾霾现象，是当前全球大中城市所面临的最突出的大气污染现象。我国大气细粒子污染严重，许多城市的研究结果表明大气细粒子在PM10中所占的比例高达40%～70%，目前我国大气颗粒物污染非常严重，约2/3的城市颗粒物质量浓度水平无法达到国家已有的TSP和PM10环境质量标准，在这种形势下大气细粒子又呈现出高浓度特征，因此控制细粒子污染物问题已经迫在眉睫。
2013年全国地区雾霾天气爆发频率大大增加，全国雾霾日数达到1961以年来同期最多，其强度高、持续时间长、发生范围广。仅2013年1月雾霾事件造成的全国交通和健康的直接经济损失保守估计约230亿元，相当于非雾霾事件情况下颗粒物污染造成的所有健康终端损失的2倍，PM2.5在中国包括北京在内的31个城市导致大约25.7万人过早死亡。雾霾成因与当地的地理位置、源排放特征和气象条件密切相关，具有一定的时空变异性。我国地域广阔，不同地区污染源、气象条件、大气环流特征等差别显著，对于不同城市雾霾事件下气溶胶颗粒的物理化学研究是十分必要的。
我国已有许多学者针对雾霾期间气溶胶质量浓度、数谱分布、吸湿性、化学成分、光学性质以及相关微物理特性等方面展开了研究，且多集中于污染较为严重的珠江三角洲、京津冀、长江三角洲等区域。而针对我国东北地区雾霾期气溶胶时空分布特征的研究较少，已见哈尔滨、沈阳地区的研究成果，目前针对长春市雾霾期气溶胶特征研究则未见报道。
1、气溶胶的物理化学特征与雾霾污染
气溶胶颗粒可以散射或者吸收太阳辐射，从而直接影响气候，又可以作为云凝结核，参与成云过程，从而影响降水量和水循环，产生间接效应。近年来，国内外学者针对不同天气背景下气溶胶的光学特性展开了研究。徐政等研究称济南秋季霾天气时的散射系数与吸收系数均比非霾天气高近3倍，单次散射反照率同样高于非霾天；闵敏等利用太阳光度计观测河北香河在灰霾爆发期间气溶胶光学厚度由平日的0.31增长到1.40，Angstrom指数由1.45下降到0.99；段菁春等发现北京不同功能区气溶胶的来源存在显著差异；于兴娜等利用太阳光度计资料分析发现北京地区雾霾天气期间气溶胶光学厚度较高，气溶胶主要以细粒子为主，体积尺度谱分布表现为双峰型结构，这些结果对研究雾霾天气溶胶辐射效应具有很好的参考价值。
气溶胶化学组成对于气溶胶光学性质影响极大，其粒子谱呈现了典型的城市特征和季节变化，而细粒子是影响光学厚度的主要因素。不同来源的气溶胶的化学成分有很大的差别，主要包括水溶性无机离子，有机物和元素碳，水溶性离子组分能够起到表面活性剂的作用，增加大气颗粒物对有毒有机物的溶解性，从而增强大气颗粒物的毒性。
气溶胶含碳组分包括有机碳（OC）、元素碳（EC）和碳酸盐碳（CC），OC代表大量的有機物，包括脂肪族化合物、芳香族化合物和有机酸等，EC则是复杂的混合物，含有纯碳、石墨碳以及黑色、不挥发的高相对分子质量的有机物质（如焦油、焦炭等）。Tan等利用有机碳/元素碳（OC/EC）比值估算出大气重污染过程中SOC/OC高达36.6%，认为广州PM2.5中SOC浓度的显著增加是导致大气重污染过程形成的原因之一。
目前，国内外对气溶胶的研究主要集中在细粒子的理化性质、时间变化规律、光学特性以及二次气溶胶的形成机制等领域。针对PM2.5的研究，也多见于某个特定时间段内其浓度变化上，长时间浓度的时空变化以及气溶胶特性的综合研究非常有限，本课题拟利用国家环境保护部公布的研究区10个大气国控点位数据，进行为期三年的研究区气溶胶时空分布规律研究，同时监测气溶胶水溶性离子、无机元素和含碳组分浓度，分析其不同化学组分的时空分布特征，筛选特征元素和离子，探讨气溶胶来源。
2、气象条件对雾霾天气的影响
雾霾天气发生时大气能见度降低，可以对社会经济以及人民生活产生重要的影响；同时，雾霾天气发生时大气气溶胶聚集在大气近地层，使得大气污染物增强，空气质量下降，会对人体健康造成重要危害。一般情况下，小风、高湿、逆温等稳定的气象条件易导致雾霾天气的发生，这些气象背景场为雾霾天气的维持和发展提供了有利的气象条件。通过对雾霾天气演变过程的分析表明，气象因子可以解释超过2/3的雾霾天气逐日变化的方差。不同学者利用卫星观测数据、地面测量数据、气象站统计数据等气象数据，探讨了风速、风向、温度、相对湿度、气压等基本气象要素与雾霾污染之间的关系，得到普遍结论：湿度越大，PM2.5质量浓度越高；风速和气压越大，PM2.5质量浓度越低；温度对PM2.5质量浓度的影响规律不明显。
大气边界层内大气运动的主要特点是湍流性，这是由大气边界层所处的地位决定的。风速为零、从不被地面影响的自由大气到地球表面，风速有巨大的垂直切面，这成了边界层大气机械湍流运动的能源。此外，地球表面各种地形对气流也产生扰动，使边界层大气运动保持了湍流的性质。另一方面，由于边界层大气紧邻地表，地表温度的巨大变化使边界层大气温度的垂直梯度比自由大气要大得多。
3、水溶性离子
国内外已经有许多学者对PM2.5及其水溶性离子进行了研究，吴兑等对广州等地的大气气溶胶及水溶性成分进行了研究；廖碧婷等研究了华南地区水溶性离子粒径分布特征，得出二次离子（硫酸根、硝酸根和铵根）呈现明显的三峰分布形态，氟离子、钙离子、镁离子、钠离子和氯离子呈现双峰分布形态，钾离子呈单峰分布；李淑贤等研究了广州灰霾天气和正常天气PM2.5中水溶性离子特征，发现灰霾天气PM2.5中总水溶性离子的质量浓度增大，水溶性组分含量也发生变化；廖碧婷等研究得出广州气溶胶二次无机离子（硝酸根、硫酸根和铵根）在秋季占据了PM2.5的77.81%，刘建等研究得出广州气溶胶二次无机离子在灰霾期间约占PM2.5的55%，清洁过程约占45%；Waston等研究得出大气细粒子（PM2.5）等组分对城市能见度有显著的影响，硫酸根、铵根和硝酸根等粒子与光散射系数的相关性远大于其他组分。
马莹等研究得出春节期间烟花爆竹的燃放对气溶胶中钾离子、氯离子、硫酸根离子的影响最大，对硝酸根、铵根也存在一定程度的影响。
参考文献
[1]张人禾， 李强，张若楠. 2013年1月中国东部持续性强雾霾天气产生的气象条件分析[J]. 中国科学： 地球科学. 2014.44 （1）： 27 ～ 36；
[2]杨琨， 关月， 安林昌. 2013 年1～2 月主要天气过程[J]. 天气预报技术总结专刊， 2013. 5： 1～7；
[3]汤莉莉， 张运江， 孙业乐等. 南京持续雾霾天气中亚微米细颗粒物化学组分及光学性质[J]. 科学通报， 2014， 59： 1955～1966；
[4]穆泉，张世秋. 2013年1月中国大面积雾霾事件直接社会经济损失评估[J]. 中国环境科学. 2013，33（11）： 2087～2094；
经费支撑：吉林建筑大学大学生创新创业训练计划项目（北方典型城市降雪量和降雪频率对雾霾的影响作用研究）