一直以來“霧”與“霾”實際上都是氣象科學中使用的兩個專業(yè)屬于，其定義如下：

　　霧是指在接近地球表面、大氣中懸浮的由小水滴或冰晶組成的水汽凝結(jié)物，是一種常見的天氣現(xiàn)象。當氣溫達到露點溫度時(或接近露點)，空氣里的水蒸氣凝結(jié)生成霧。根據(jù)凝結(jié)的成因不同，霧有數(shù)種不同類型。

　　當氣溫高于冰點時，水汽凝結(jié)成液滴。當氣溫低于冰點時，水汽直接凝結(jié)為固態(tài)的冰晶，比如冰霧。因為露點只受氣溫和濕度影響，所以霧的形成主要有兩個原因：一是空氣中的水汽大量增加，使得露點升高至氣溫，從而形成霧，比如蒸汽霧和鋒面霧;二是氣溫下降至低于露點而生成霧，比如平流霧和輻射霧。

　　霧和云的不同在于，云生成于大氣的高層，而霧接近地表。

　　霾

　　霾，也稱灰霾(煙霞)，是指原因不明的因大量煙、塵等微粒懸浮而形成的渾濁現(xiàn)象。霾的核心物質(zhì)是空氣中懸浮的灰塵顆粒，氣象學上稱為氣溶膠顆粒。

　　空氣中的灰塵、硫酸、硝酸、有機碳氫化合物等粒子也能使大氣混濁，視野模糊并導致能見度惡化，如果水平能見度小于10000米時，將這種非水成物組成的氣溶膠系統(tǒng)造成的視程障礙稱為霾(Haze)或灰霾(Dust-haze)，香港天文臺稱煙霞(Haze)。一般相對濕度小于80%時的大氣混濁視野模糊導致的能見度惡化是霾造成的，相對濕度大于90%時的大氣混濁視野模糊導致的能見度惡化是霧造成的霾，相對濕度介于80-90%之間時的大氣混濁視野模糊導致的能見度惡化是霾和霧的混合物共同造成的，但其主要成分是霾。霾的厚度比較厚，可達1-3公里左右。由于灰塵、硫酸、硝酸等粒子組成的霾，其散射波長較長的光比較多，因而霾看起來呈黃色或橙灰色。

　　以上定義源自中國氣象局官網(wǎng)【氣象科普】霧霾及其定義

　　從定義中可以看出，在世界范圍內(nèi)，還沒有從環(huán)境科學的角度，給出連續(xù)量化的霾的定義，就如同中醫(yī)中用“熱”和“寒”的概念時，大多只能指導中草藥的使用一樣，這直接導致了對空氣環(huán)境污染量化評價的困難，“分不清”霧與霾，直接導致社會人群的心理困惑或恐慌,也會有重大經(jīng)濟影響,已有的醫(yī)學研究利用空白對照研究表明,恐慌心理,可以直接使健康人表現(xiàn)出病態(tài)反應.科學﹑量化地分清霧與霾，變成了當務之急。

　　就此，吸收借鑒歐、美國、日本等發(fā)達國家在環(huán)境污染中的評價方法，中國的環(huán)保部門于2012年開始使用通過檢測大氣中氣態(tài)的一氧化碳、臭氧、氮氧化物、二氧化硫以及PM2.5、PM10顆粒物的AQI綜合評價方法，并將空氣質(zhì)量分為六級評價。這個評價方法，使得空氣環(huán)境的評價更科學合理并日趨與發(fā)達國家的監(jiān)測評價體系接軌。

　　AQI的建立,使污染的評價從非連續(xù)的霧、霾概念,提升為更科學的連續(xù)的污染評價體系.

　　人類對科學認識是無止境的，這似乎源于新技術的發(fā)展以及人類對科學技術的不斷探索，這個過程在環(huán)境監(jiān)測評價技術上也是如此。

　　現(xiàn)有的AQI綜合評價方法中遇到的挑戰(zhàn)：

　　3個奇怪的試驗現(xiàn)象：

　　1. 加濕器試驗：環(huán)境監(jiān)測中，我們清楚水分對生物的危害通常是沒有的，但當我們把由加濕器產(chǎn)生的純水霧通過采樣系統(tǒng)釋放給連續(xù)測試功能的PM粒子分析儀時，PM粒子分析儀會“誤判”并給出認定為有害的PM粒子濃度，有的PM粒子分析儀甚至給出“嚴重污染”程度的PM粒子監(jiān)測結(jié)果

　　2. 環(huán)境監(jiān)測中，大雨初期，連續(xù)PM粒子監(jiān)測濃度也往往出現(xiàn)“嚴重污染”的類似結(jié)果

　　3. 即使在氣象中被認定為“霧”的天氣，連續(xù)PM粒子監(jiān)測濃度也往往出現(xiàn)“嚴重污染”的類似結(jié)果

　　連續(xù)PM粒子監(jiān)測中，水分的變化干擾已經(jīng)成為影響PM粒子“真實 ”表達空氣污染的嚴重因素

　　AQI評價中對每個污染權重因子是“疊加”和”優(yōu)化”(首要污染物)的關系，這樣單個高數(shù)值因子，就會對最終結(jié)果產(chǎn)生巨大影響。這也就是說：PM粒子的權重數(shù)值對整個AQI評價很多情況下會產(chǎn)生重大影響。

　　看來，模擬人類感官(重量和視覺長度)的監(jiān)測手段在揭示環(huán)境空氣污染的真相中至少還需要更科學的手段。

　　針對以上的問題，提出如下簡易解決方法：

　　2個新評價指標的構建：氣溶膠有機碳指標和二次有機碳指標

　　人類已經(jīng)認知的大氣科學特性:

　　包圍地球的大氣是一種由氣態(tài)物質(zhì)和可懸浮粒子組成的混合物,呈現(xiàn)氣溶膠狀態(tài),粒子與氣體物質(zhì)之間存在復雜的氣,液,固三項物理化學平衡狀態(tài),可懸浮粒子通常是有巨大比表面積的”多孔”物質(zhì),并且這些”孔”內(nèi)是吸附著氣,液,固物質(zhì).

　　按照化學常識,每摩爾的液態(tài)或固態(tài)物質(zhì),轉(zhuǎn)化為氣態(tài)后的體積都可以達到22.4升,如18毫升的水,氣化后,體積可以達到22.4升.

　　也就是說,空氣中的氣溶膠粒子中“富集”著主要的環(huán)境污染物質(zhì).

　　這就是大氣研究中,氣溶膠成為熱點和重點的主要原因.

　　由于有機物是環(huán)境污染的重要評價指標(在世界范圍內(nèi),對于水和土壤的環(huán)境污染評價中已經(jīng)被廣泛認可,在中國,已經(jīng)建立國家標準),環(huán)境空氣中,大氣氣溶膠中的有機物與氣態(tài)的揮發(fā)性有機物(VOCs)是直接相互轉(zhuǎn)化并關聯(lián)的,就是說,通過評價氣溶膠中的有機物可以同時揭示揮發(fā)性有機物(VOCs)的污染程度.

　　二次有機氣溶膠:又稱二次有機碳,是直接排放如大氣的一次污染物,在大氣中再次發(fā)生光化學反應,形成的有機物.人類經(jīng)歷的空氣污染教訓表明:二次污染是對人類產(chǎn)生嚴重危害的物質(zhì)(如倫敦霧,紐約光化學污染等).

　　新AQI的構建:

　　現(xiàn)行AQI也是大氣科學工作者多年工作的結(jié)晶,當在這個科學評價方法中,把受水份影響的PM數(shù)值,調(diào)換為不受水份影響的氣溶膠有機碳(OC or AOC)數(shù)值時,我們再看新的AQI已經(jīng)不再是400-500以上,但氣溶膠有機碳只是整個粒子中的一部分,按北京大學等科研單位多年的源解析研究,有機物在氣溶膠粒子中的質(zhì)量占比通常在30%附近徘徊.

　　當我們使用下表標準評價空氣時,很多結(jié)果將變得更科學(數(shù)據(jù)不再”恐怖”).

　　空氣質(zhì)量分指數(shù)及對應的污染物項目濃度指數(shù)表

　　說明：

　　(1)二氧化硫(S02)、二氧化氮(N02)和一氧化碳(CO)的1小時平均濃度限值僅用于實時報，在日報中需使用相應污染物的24小時平均濃度限值。

　　(2)二氧化硫(S02)1小時平均濃度值高于800μg/m3的，不再進行其空氣質(zhì)量分指數(shù)計算，二氧化硫(S02)空氣質(zhì)量分指數(shù)按24小時平均濃度計算的分指數(shù)報告。

　　(3)臭氧(03)8小時平均濃度值高于800μg/m3的，不再進行其空氣質(zhì)量分指數(shù)計算，臭氧(03)空氣質(zhì)量分指數(shù)按1小時平均濃度計算的分指數(shù)報告。

　　對AQI的所有計算公式不變.(詳見HJ 633—2012),標重部分為新設數(shù)值,并去除了PM10部分

　　筆者使用EPA-ETV認證過的Sunset熱光法氣溶膠有機碳/元素碳分析儀在線連續(xù)觀測(使用TSP自動采樣方式,空氣經(jīng)儀器自配溶蝕器去除SVOC,消除測試誤差,采樣量8升/分鐘,此數(shù)據(jù)比PM2.5采樣測試方式更嚴格)發(fā)現(xiàn):

　　按以上方法評價空氣質(zhì)量時,AOC在2014年10月期間(10月18日-10月19日)曾出現(xiàn)一次接近100μg/m3濃度的情況,新的AQI的數(shù)值也只在300-400區(qū)間,并且持續(xù)時間只有7個小時.

　　圖一 重污染時的小時有機碳變化圖(10月18-19日)

　　圖二 10月9日到28日有機碳小時變化圖

　　圖三 氣溶膠有機碳日均數(shù)據(jù)

　　數(shù)據(jù)的分析：

　　從圖一的數(shù)據(jù)可以看出：10月18日出現(xiàn)的峰值數(shù)據(jù)有一個小時的氣溶膠有機碳在90-100微克/立方米，而在80-90微克/立方米的氣溶膠有機碳數(shù)據(jù)有6個小時，這或許提示我們：連續(xù)監(jiān)測氣溶膠的小時數(shù)據(jù)是揭示大氣污染的真實狀況的一個重要手段。

　　圖二的小時氣溶膠有機碳數(shù)據(jù)則清晰揭示了從10月9日-10月28日污染的波動情況。

　　從圖三的日均曲線可以看出:2014年10月8日至28日,在所監(jiān)測的點位區(qū)域,發(fā)生過3次污染加重的過程.但按本文的新AQI評價,20天中,只有3天超過200的數(shù)值,低于200的AQI天數(shù)可以達到17個,占總數(shù)的85%;而在150新AQI數(shù)值以內(nèi)的天數(shù)也可以達到70%.圖三的日均氣溶膠有機碳數(shù)據(jù)則清晰揭示了整個時間斷3個污染的峰值特性。

　　另一個實驗現(xiàn)象更耐人尋味:即使在室外空氣18-19日的污染狀態(tài),這個時候的氣溶膠有機物污染數(shù)值也只與良好天氣儀器所在實驗室室內(nèi)的氣溶膠有機物污染數(shù)值接近(見圖四)

　　圖四 室內(nèi)與室外氣溶膠有機碳日均數(shù)據(jù)的比較

 　　二次氣溶膠有機碳(SOC)直接監(jiān)測模型:

　　具有很高的化學活性,這些物質(zhì)濃度升高后,在光照條件下,會與有機物發(fā)生光化學反應,生成二次氣溶膠有機碳, 很低濃度的二次氣溶膠有機碳就會對生物造成急性毒性反映(倫敦霧,紐約空氣污染事件等),由于存在AQI中的氣體指標與二次氣溶膠有機碳的這種化學關聯(lián)關系,預警性的重大空氣污染事件有必要直接使用SOC指標的小時數(shù)據(jù)作為快捷空氣質(zhì)量總體狀況評價手段.

　　由于沒有急性空氣污染大事件(倫敦霧,紐約污染)時的SOC原始數(shù)據(jù),制定對應的限值還需要環(huán)境人工模擬和大量的醫(yī)學科研工作的進一步研究,才可以得出準確的結(jié)論.

　　已獲得的數(shù)據(jù),揭示的是:SOC與OC通常線性相關,但偶發(fā)的高活性物質(zhì)是否會使SOC急劇超量變化,有待進一步研究.但日常限制標準SOC與OC的倍量關系應當是客觀存在的.

　　圖五 18-19日強污染時,二次氣溶膠的小時變化

　　圖六 10月9日至28日二次氣溶膠的小時曲線

　　圖七 10月9日至28日二次氣溶膠的日均波動曲線

　　數(shù)據(jù)分析：

　　從以上三個圖譜及數(shù)據(jù)可以看出：重污染時SOC數(shù)據(jù)也是在小時區(qū)間內(nèi)發(fā)生很大變化的，小時級的數(shù)據(jù)監(jiān)測可以精準研判污染的程度;而日均的數(shù)據(jù)可以使污染的趨勢更容易被解讀。

　　訂立怎樣的SOC等級作為快速評判污染發(fā)生的程度也是亟待有更多科技工作者加入的研究工作。SOC是基于氣溶膠碳數(shù)據(jù)的估算值，估算方法的科學性也會隨著人類認識的提高而更能客觀表達真實的污染狀態(tài)，但基礎的化學知識或許已經(jīng)告訴我們：一次污染物(POC)的濃度增加以及自由基濃度的增加,光和溫度條件的加強，都會使二次氣溶膠(SOC or SOA)的濃度提高。

　　思考:

　　從OC,SOC的觀測數(shù)據(jù),可以看出:這兩個重要污染物質(zhì)是會發(fā)生小時時間內(nèi)的數(shù)值的大幅波動的,這可能源于空氣污染物來源的多樣性、復雜性,以及二次污染的復雜性、污染源的千變?nèi)f化、二次污染的復雜化學變化,使“由果”推“因”的研究存在廣闊的空間。但這些研究的學術價值可能比環(huán)境監(jiān)測的應用價值更大。歐美等發(fā)達國家?guī)资甑目諝鈿馊苣z研究產(chǎn)生了很多我們可以直接借鑒的成果,也附帶了大量的教訓。去粗取精,特別是戰(zhàn)略方向上的科學研判,會使我們國家真正“實現(xiàn)少花錢,多辦事”.

　　中國真正重視環(huán)境空氣的歷史也不到短短的十年,這十年,我們的政府、空氣環(huán)境工作者及全民都參與其中。從監(jiān)測技術上看,政府的三期工程把我國的監(jiān)測水平提高到了同發(fā)達國家同步的狀態(tài)，但這些有巨大惠民利益的工作或許只是一個科技國家的起步，更精準的監(jiān)測或許可以使我們國家的環(huán)境治理工作像激光制導武器那樣精準切除污染源。

　　聲明內(nèi)容:

　　由于本文作者的知識水平和實驗條件缺乏,本文中缺少大量驗證性的科學工作,這或許會直接導致科學嚴謹性問題,但這不會影響作者參與環(huán)境治理的熱情,及于國內(nèi)同仁交流的目的，讓我們國家的空氣質(zhì)量監(jiān)測事業(yè)，從與國際同步發(fā)展到世界領先，掌握在國際空氣環(huán)境評價技術上的話語權,“使美國大使館PM2.5”這樣的故事沒有機會重演.

　　本文中的任何假設和觀點都可以被相關科技工作者無須聲明地使用.

　　由于本文不計劃在學術文獻中發(fā)表,本文中已經(jīng)引用的文獻和數(shù)據(jù)不再一一列出。在此,對被作者引用過文獻、數(shù)據(jù)、觀點等勞動成果的科學工作者們,請一一自動對號入座,作者一并表示感謝!

　　本文中任何錯誤或不符合科學的觀點,歡迎讀者批評指正.

　　本人聯(lián)系信息:010-64322188

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