江汉区雾霾天气的成因及治理

2016-10-11吴慈琼

绿色科技 2016年14期

关键词：红领巾片区空气质量

吴慈琼

(武汉市江汉区环境监测站，湖北武汉 430023)

江汉区雾霾天气的成因及治理

吴慈琼

(武汉市江汉区环境监测站，湖北武汉 430023)

通过对江汉区辖区内两个空气自动监测站2015年的空气质量天数、多种首要污染物天数以及两站PM2.5和PM10浓度与2014年同期进行的对比，分析和探讨了江汉区雾霾天气的成因，并提出了相应的雾霾防治措施，以期为进一步认识雾霾和改善环境空气质量提供参考价值。

雾霾PM2.5； PM10成因；治理

1　雾霾的概念

雾霾是雾与霾的混合物，雾和霾虽同为视程障碍物，但二者之间却有很大差别。霾即灰霾，是大量极细微的干尘粒等均匀地浮游在空中，使水平能见度小于10 km的空气普遍混浊的现象；雾是由大量悬浮在近地面空气中的微小水滴或冰晶组成的，水分含量达到90%以上、水平能见度降到1 km以内。雾与霾互相影响，在相对湿度较大时，霾可以促进雾的形成，而雾又是霾的“帮凶”，这也是雾霾天PM2.5经常“爆表”的重要原因之一。霾与雾有时难以分清，特别是遇到雾霾并存时[1]。两者可从空气湿度上作出大致判断，通常在相对湿度大于90%时称之为雾，小于80%时称之为霾，80%～90%之间则为雾霾混合物。当雾和霾同时存在，且区域性能见度低于10 km的空气普遍浑浊现象被称为“雾霾”天气。由于能见度的降低不仅有“积极”参与的云雾滴的作用，还有气溶胶粒子的贡献，且其中的细粒子排放主要来自人类活动，因此雾霾不是纯粹的自然现象，雾霾天气的出现是气象问题，更是环境问题[2]。

2　江汉区雾霾天气的成因

2.1江汉区的相关信息

江汉区位于武汉市汉口地区中部，是武汉市7个中心城区之一。南临长江汉江交汇处，北接壤东西湖区，东西两边各与江岸区和硚口区相邻。总面积为28.29 km2，辖区面积为全市最小。江汉区位处地球北回归线北侧，属亚热带大陆性季风气候带，常年雨量充沛、热量充足。区境地貌类型为冲积平原，系由长江、汉水泛滥淤积而成，总的地形特征为南高北低，平坦开阔，无山丘，多湖塘。

2.2江汉区2015年的空气质量情况

《环境空气质量指数(AQI)技术规定(试行)》(HJ 633-2012)规定空气质量状况根据空气质量指数AQI来判断并分为六级，见表1[3]。

表1　空气质量指数及相关信息

2.2.1江汉区空气质量统计

江汉区有两个空气自动监测站，红领巾站和南片区站，分别位于后襄河公园和大兴路小学。两站2015年空气质量统计结果如表2和表3所示。表中因故障或停电导致有效小时数据不足的天数不参与计算。

表2　2015年红领巾站空气质量统计

从两表可知，两个自动监测站空气质量均优良天数比例为60%以上，剩余天数比例按照污染程度由轻到重逆序分布，均无严重污染。江汉区在2015年虽优良天数比例居多，但是雾霾天气也小比例存在着，这与李克强总理在2016年的政府工作报告中提出“地级以上城市空气质量优良天数比例超过80%”的治污目标还有一定距离。

表3　2015年南片区站空气质量统计

2.2.2江汉区首要污染物统计分析

首要污染物是指当AQI>50时，单项污染物的空气质量指数IAQI最大的空气污染物[3]。江汉区2015年红领巾站和南片区站首要污染物统计结果如表4和表5所示。若一天的首要污染物为两种，则用&符号连接表示。

表4　2015年红领巾站首要污染物及天数统计

由表4和表5可知，2015年红领巾站的空气质量最大污染是PM2.5，其次是PM10；南片区站最大污染是O3，其次是PM2.5，所以2015年江汉区最主要的首要污染物是PM2.5。导致这种差异是因为两个站点周边环境不同。

红领巾站设在后襄河公园，北面紧邻金家墩客运站，二环线和汉口火车站；南面是正在建设中的武汉CBD中央商务区；西面常青路是通往机场一号高速的必经之路，已于2015年下半年开始建设汉江大道工程；东面唐家墩路和姑嫂树路正在进行地铁6号线施工，并且姑嫂树路高架为机场二号高速必经之路。周边同时进行着姑嫂树村、贺家墩村和唐家墩村整村拆除工作。

表5　2015年南片区站首要污染物及天数统计

根据武汉市大气颗粒物源解析研究成果可知：武汉市PM2.5综合来源解析结果为工业生产(包括工业锅炉及窑炉、生产工艺过程等排放的一次颗粒物和气态前体物产生的二次颗粒物)32%、机动车27%、燃煤(包括燃煤企业、燃煤电厂、居民散烧等)20%、扬尘(包括裸露表面、建筑施工、道路扬尘、土壤风沙等)9%、其它(包括生物质燃烧、生活源、农业源等)12%；武汉市PM10综合源解析结果：扬尘25%、燃煤22%、工业生产21%、机动车19%、其它13%[4]。红领巾站周边区域工地数量多，土地未覆盖率高，且渣土车运输过程中未采取相应防护措施，导致扬尘大；且地处交通运输枢纽地带，车流量多，机动车尾气污染大；四周高层建筑多且密集，增大地面摩擦系数，因建筑物的阻挡和摩擦作用使风流经城区时明显减弱，水平方向静风现象增多，不利于大气污染物扩散稀释，容易积聚。所以此站点PM2.5和PM10为首要污染物比例大。

南片区站设在大兴路小学，南临长江汉江交汇处；北有因中山大道地铁6号线结合一元路到武胜路段的综合改造而正在进行的封闭施工；西有汉正街区域的综合整治和搬迁改造。周边同时进行着沿江一号二期旧城改建，楚宝片、紫竹巷二期等棚户区改造。此站点位于老城区，旧城改造项目数目多，北面未有大量高楼，且南面两江交汇空间开阔，所以大气污染物相对易扩散稀释。

O3在2015年5～9月份为南片区站首要污染物的天数猛增，源于夏季太阳辐射量大，空气对流强度大，雨量充足，江面的蒸发量大，不利于灰霾物质主要是PM2.5和PM10的累积和反应；另一方面由于O3是氮氧化物(NOX)和挥发性有机物(VOCS)在大气中通过一系列光化学反应形成的二次污染物[5],日照是形成高浓度O3的最主要条件，高温或低湿是居于第二位的因子[6]，所以往往夏季和晴天中午O3的浓量较高，使其成为夏季环境空气中最大的首要污染物。

2.2.3江汉区PM2.5和PM10浓度统计

因为SO2、NOX和可吸入颗粒物(PM2.5和PM10)这三项是雾霾的主要组成，前两者为气态污染物，最后一项PM2.5和PM10才是加重雾霾天气污染的罪魁祸首[7]。一旦PM2.5和PM10含量超过大气自净能力就会直接导致雾霾天气。江汉区2014～2015年红领巾站和南片区站PM2.5和PM10浓度统计如表6和表7所示。

表6　2014～2015年江汉区PM2.5浓度统计

注： “+”与 “-”表示比去年同期上升与下降

表7　2014～2015年江汉区PM10浓度统计

注： “+”与 “-”表示比去年同期上升与下降

由表6和表7可知，江汉区2015年对PM2.5和PM10治理效果显著，跟去年同期相比全年下降的比例：红领巾站为19.2%和14.3%，南片区站为23.8%和18.0%。并且2015年南片区站PM2.5和PM10浓度整体比红领巾站低，与去年同期相比的下降率高。因为南片区扩散稀释条件相对较好；又因地处老城区，以小路居多，车流量不高；红领巾站周边建筑施工工地面积之大远超过南片区站。

江汉区冬季PM2.5和PM10浓度较高，雾霾天气较多，因为冬季降水少，空气净化能力弱，空中灰尘多；多北风，会吹来北方和西北的沙尘；且冬季地面干燥，车流造成路面扬尘，同时风大会把地面灰尘吹到空中，使空中灰尘增多；大量的灰尘在空气中充当了凝结核的作用，与空气中水汽凝结形成雾霾天气。

2.3江汉区雾霾天气成因小结

江汉区雾霾天气的成因分为自然因素和人为因素两类。

2.3.1自然因素

从自然因素来看，其成因有以下两点。

(1)大气水平方向静风现象增多[8]。随着经济腾飞，城市建设迅速发展，高层建筑越来越多，规模逐渐密集，地面摩擦系数逐渐增大，导致水平方向静风现象增多，大气污染物和水汽难以扩散稀释，容易产生积聚，产生雾霾天气。

(2)大气垂直方向出现逆温现象[8]。当空气中相对湿度较大，近地面的大气结构比较稳定时，气温随着高度的升高而不降反升，出现逆温层，限制了大气层低空的垂直运动，导致大气污染物难以向高空飘散，被阻滞在低空和近地面。

2.3.2人为因素

从人为因素来看，其成因也有以下两点。

(1)细颗粒物和可吸入颗粒物增多。江汉区地处汉口中部，辖区面积最小，随着城市人口增长、经济发展，旧城改建、地铁施工、道路改造、高架兴建和武汉中央商务区CBD建设各项工程同时进行，片区工地数量多，导致建筑扬尘灰尘多；渣土车在运输过程中未清洗车身和轮胎以及未对运输土壤进行有效覆盖，都会导致道路扬尘大；工业排放的废气和数量猛增的机动车产生的尾气中的SO2和NOX与空气中其他污染物经过一系列复杂化学反应形成硫酸盐和硝酸盐等二次颗粒，由气态污染物转成固态污染物，成为颗粒物主要成分，这种二次污染过程成为颗粒物升高的主要原因，加重雾霾天气形成与持续。

(2)气态污染物增多。江汉区产业结构以第三产业为主，和少量小型第二产业。城市发展直接导致人口数量增多，餐饮行业也随之增多，导致日常生活排放废气增多；居民生活水平提高，拥有私家车的家庭越来越多，汽油车尾气排放也随着增加；据统计2015年武汉机动车数量已超过200万辆，交通拥堵将逐渐加剧进入“中度拥堵”时代，江汉区是最拥堵的主城区[9]，拥堵加剧汽车尾气排放；伴随经济建设，大批各种建设工程同时进行，大型柴油车和渣土车需求量和使用时间增多，排放尾气污染也随着增多；环保部在2011年《中国机动车污染防治年报》中指出，灰霾、酸雨和光化学烟雾等区域性大气污染问题频繁发生，与车辆尾气排放密切相关。按环保标志分类，仅占汽车保有量16.4%的“黄标车”却排放了63.7%的氮氧化物、86.6%的颗粒物、55.9%的一氧化碳和60.4%的碳氢化合物[1]。所以，黄标车排放的尾气对气态污染物贡献很大。

3　江汉区雾霾天气的治理

大气污染的形成不是一朝一夕，人类对自然因素的控制能力很弱，治理污染也不可能毕其功于一役。治理雾霾需要从控制污染物排放着手，应从源头进行防治，加大力度控制人为的污染排放，从以下8个方面深入开展大气治理。

(1)实现凡是有人类活动的地表以及运输土壤的全覆盖。2015年江汉区同步实施旧城改造项目14个，完成城中村房屋拆迁面积14万m2，实施重大楼宇建设项目51个。工地数量多，施工面积大，为历史之最，大量面积的工地地表裸露，渣土车运输过程中未对运输土壤进行全覆盖和未对车身车轮有效清洗，导致路面有运输掉落的土壤，并且街道上到处可见因施工或绿化不到位造成的土壤裸露，一旦刮风下雨，泥土极易被人或车辆带到各处，碾磨成粉飞扬在近地表空中。裸露土地和运输土壤的全覆盖可以有效抑制扬尘对空气污染的叠加作用。

(2)减少汽车尾气排放。汽车燃油污染在任何一个国家都是雾霾的重要来源之一，至今无法避免，我们应严格限制汽车保有量；提升燃油品质，推广混合动力和新能源汽车；发展更绿色的公共交通系统，积极引进充电的公交巴士或者发展路面供电的公交系统，提倡绿色出行；改进交通管理，更好的疏导车流和提高行车速度；汽车制造企业着力开发高效率的发动力，以尽可能的减少单位油耗。

(3)全面推广车用燃油国五标准，进一步淘汰黄标车和老旧车。江汉区已于2015年基本完成黄标车淘汰任务，还需进一步跟进落后车辆的淘汰工作，建立更为严格的车辆报废制度。并高度关注柴油车排放和油品质量。

(4)提高清洁能源比重，减少油烟污染。江汉区在十二五期间已完成锅炉改燃工作，全面淘汰燃煤锅炉，拆除燃煤锅炉168台，改燃料为天然气、油和生物燃料。增加天然气供应，完善风能、太阳能、生物质能等发展扶持政策；除燃煤燃油外，污染物源还有油烟污染，督促餐饮服务等经营场所安装和正常使用高效油烟净化设施，强化无油烟净化设施及露天烧烤的环境监管；进一步完善天然气管道入户，禁止小型蜂窝煤回归市场，推行民用能源的天然气化和电气化。

(5)开展雾霾指数预报和雾霾天气的预警机制。设立地基光学观测点，与卫星遥感资料相匹配，开展气溶胶光学厚度的监测；开展大气边界层探测，定时掌握逆温边界层特征与雾霾天气的关系。卫星遥感空气污染是目前全球对地观测发展的重要方向，雾霾颗粒物中主要的三大组成成分(含碳的气溶胶、硫酸盐和硝酸盐)之一的含碳气溶胶成分是强吸收性物质，对该卫星产品有很强的指示性。现以证实卫星遥感得到的吸收性气溶胶指数(AAI)可用于指示中国地区雾霾的范围、强度。目前国内相关部门也在紧锣密鼓地研制能够精细探测主要污染气体和温室气体的技术[10]。

(6)建立长期稳定的区域协作机制，统筹区域环境治理。大气无边界，对于雾霾天气背后的大气污染防控问题，区域联防联控是成本相对低、环境收益大的重要举措。江汉区应与周边地区实行联动减排、联合执法、信息共享、制定完善应急预案，建立健全区域联动的雾霾天气应急响应体系，防范和减少雾霾天气的出现。

(7)城市规划要注意研究城区上升气流到郊区下沉的距离，将污染严重的工业企业布局在下沉距离之外；充分考虑大气的扩散条件，预留空气通道，将卫星城建在城市热岛环流之外；尽可能增加城市绿地[11]。

(8)积极开展多种形式雾霾的宣传教育。每位居民尽量减少能源消费是对减少雾霾最直接有效的贡献。普及大气污染防治的相关知识，倡导文明、节约、绿色的消费方式和生活习惯，引导公众正确认识雾霾成因，并自觉尽量减少能源消费和废气污染直接排放，共同改善空气质量。

4　结语

美国洛杉矶通过十几年的治理，才使洛杉矶一级污染警报(非常不健康)天数从1977年的121 d下降到1989年的54 d，到1999年降为0。美国对PM2.5有成熟的检测手段和预防措施，是因为该国曾长期深受其害。但即使如此，美国于1997年才提出PM2.5标准。到2010年底才将PM2.5纳入国标并进行强制性限制。虽然我国的大气污染远远没有洛杉矶这么严重，政府重视和治理力度也非常大，但是我们必须充分认识到治理的艰巨性、特殊性和长期性，雾霾治理是一场攻坚战，更是持久战。

[1]王志轩．直面雾霾-中国电力发展与环境保护新思考[M]．北京:中国电力出版社， 2014.

[2]孙瑾，缪宇鹏，张建忠．雾霾天气成因分析及应对思考[J]．中国应急管理，2014(1).

[3]HJ 633-2012．环境空气质量指数(AQI)技术规定(试行)》[S].北京：中国环境科学出版社，2012.

[4] 佚名.武汉市大气颗粒物源解析研究成果通过国家论证[EB/OL]．http://www.whepb.gov.cn/hbHjxw/19373.jhtml，2016.04.21.

[5]唐孝炎,李金龙,栗欣,等．大气环境化学[M]．北京: 高等教育出版社, 1990.

[6]徐家骝，朱毓秀．气象因子对近地面臭氧污染影响的研究[J]．大气科学, 1994(6).

[7]李鹏.浅谈雾霾的成因及防治对策[J].四川水泥，2015(4).

[8]王波，袁涛．霾天气的危害和防御[J] .今日科苑，2008(17) .

[9]佚名.武汉日均堵车9小时江汉区堵得最厉害[EB/OL]．http://hb.ifeng.com/news/fygc/detail_2015_09/17/4355764_0.shtml，2015.09.17.

[10]佚名.科学家用遥感数据回溯30年中国雾霾史[EB/OL]．http://www.in-en.com/article/html/energy-2237339.shtml，2015.09.01.

[11]张欣，杜丽．灰霾的成因和危害[J] .世界环境, 2010(5).

2016-05-18