PM2.5与灰霾及能见度.pdf

PM2.5与灰霾及能见度与灰霾及能见度1主要主要主要主要内容内容内容内容背景背景1灰霾定义和成因灰霾定义和成因2灰霾表征与测量灰霾表征与测量3灰霾防控灰霾防控5研究实例研究实例42结论结论63背景背景12011年，WHO公布了世界1082个城市2008-2010年PM10年均浓度分布，我国32个省会城市参与排名，最好的是海口排名第814位，其余均在890位以后，北京列1035位。4背景-污染现状国内外一些城市国内外一些城市PM2.5污染状况污染状况我国部分城市我国部分城市我国部分城市我国部分城市PMPM2.5 2.5/PM/PM1010质量浓度比质量浓度比质量浓度比质量浓度比5背景-污染现状我国主要城市灰霾天数6背景-污染现状2005.10.26API=176PM10:300 ug/m32005.10.29API=48PM10:50 ug/m3Streets D.G.,et al./Atmospheric Environment 41(2007)480492灰霾现象已引起社会及公众的普遍重视灰霾现象已引起社会及公众的普遍重视国办发国办发国办发国办发201033201033号号号号关于推进大气污染联防联控工作关于推进大气污染联防联控工作关于推进大气污染联防联控工作关于推进大气污染联防联控工作改善区域空气质量的指导意见改善区域空气质量的指导意见改善区域空气质量的指导意见改善区域空气质量的指导意见7背景-污染现状1954年年1月月30日，杭州第一个有记录的灰霾日日，杭州第一个有记录的灰霾日此后，年均灰霾日数增长迅速，期间出现两次跳跃式增长：?第一次激增，发生在80年代初期改革开放前后，灰霾日数从1979年以前的10d增长到100d左右；?第二次激增，发生在90年代末到21世纪初，灰霾日数从100d左右增长到160d左右。背景-污染现状以杭州为例2011年年12月月21日，在第七次全国环境保护工作大会上，环保部部长周生贤公布了日，在第七次全国环境保护工作大会上，环保部部长周生贤公布了PM2.5和臭氧监测和臭氧监测时间表；时间表；2012年年2月月29日，发布日，发布修订后的环境空气质量标准修订后的环境空气质量标准GB3095-20129背景-PM2.5环境空气质量标准环境空气质量标准GB3095-2012颗粒物控制压力巨大！颗粒物控制压力巨大！10背景-PM2.501020304050607080WHO准则值WHO过渡目标1WHO过渡目标2WHO过渡目标3澳大利亚加拿大美国墨西哥欧盟英国PM2.5（g/m3）日均浓度限值年均浓度限值GB3095GB3095-20122012各国各国PMPM2.52.5标准限值标准限值王宗爽等 中外环境空气质量标准比较王宗爽等 中外环境空气质量标准比较-环境科学研究环境科学研究2010年年03期期11背景-PM2.504080120160天津监测中心天津团泊洼上海静安上海崇明重庆人和南京草场门南京仙林苏州宁波监测中心广州万顷沙广州天湖广州金果湾年平均浓度(g/m3)2010年7个试点城市12个监测点24小时平均浓度90百分位值年平均浓度WHO目标124小时均值WHO24小时准则值24小时浓度10百分位值WHO目标1年均值城市年均浓度城市年均浓度g/m3日均浓度范围日均浓度范围g/m3PM2.5/PM10平均值超目标平均值超目标1（75g/m3）天数超目标）天数超目标2（50g/m3）天数超目标）天数超目标3（37.5g/m3）天数超准则值（）天数超准则值（25g/m3）天数监测天数天津）天数监测天数天津47.9 3-2280.55 60131197267365上海上海36.4 8-2120.543386129208365重庆重庆52.6 8-1730.56 66150208268329广州广州47.2 7-1380.6849139212311365南京南京78.8 11-2570.63 172270310340352苏州苏州54.7 1-1760.5679175246290352宁波宁波49.5 1-4820.66511192022653482010年全国监测试点城市PM2.5空气质量状况数据来源：中国环境监测总站1.年平均浓度在年平均浓度在28.778.8g/m3之间，均超过之间，均超过WHO过渡期目标过渡期目标1，即本标准二级限值；，即本标准二级限值；2.PM2.5/PM10在在4768%之间，大 多 超过之间，大 多 超过50，平均为，平均为60;3.PM2.5超标情况较为严重，超过目标值和准则值的天数均在超标情况较为严重，超过目标值和准则值的天数均在33天以上，即全年的天以上，即全年的10%以上以上;4.上海静安、广州天湖和广州金果湾，年上海静安、广州天湖和广州金果湾，年90百分位值低于百分位值低于WHO24小时目标小时目标1，相应的年日均浓度值接近或低于目标，相应的年日均浓度值接近或低于目标1年均值年均值13背景背景-PM2.5PM2.5监测技术发展历程监测技术发展历程人们很早就认识到尘埃可导致消光、能见度下降，诗经国风邶风终风中“终风且霾”四字非常形象。但直到十九世纪后半叶，才产生了气溶胶科学和气溶胶测量方法学。气溶胶监测技术的发展大致划分如下三个阶段：背景背景-PM2.54.等速采样理论等速采样理论3.更灵敏的现代分析化学方法更灵敏的现代分析化学方法2.适合环境颗粒物采样的滤膜适合环境颗粒物采样的滤膜1.颗粒物自动监测仪的精密度和准确度从20世纪60年代开始，微电子、激光和计算机技术以及现代化学和电镜技术的迅速发展，极大推动了颗粒物监测技术的进步背景背景-PM2.5串级冲击式采样器、气溶胶电迁移率分析仪、光学粒子计数器和分析仪等获得改进色谱、质谱、等离子和激光光谱，放射法等；单粒子实时测量串级冲击式采样器、气溶胶电迁移率分析仪、光学粒子计数器和分析仪等获得改进色谱、质谱、等离子和激光光谱，放射法等；单粒子实时测量John G.Watson,Visibility:Science and Regulation,2002 自然光自然光散射光散射光光吸收光吸收地面散射地面散射偏离视线的散射光偏离视线的散射光入射光入射光亮面反射亮面反射暗面反射暗面反射16背景-与能见度关系背景-与能见度关系灰霾发生时，细粒子浓度升高，能见度下降，颗粒物的粒径分布影响能见度。灰霾发生时，细粒子浓度升高，能见度下降，颗粒物的粒径分布影响能见度。区域复合污染区域复合污染气候效应气候效应灰霾（区域输送、城市间传输等）灰霾（区域输送、城市间传输等）能见度解析能见度解析(仪器观测、化学成分分析仪器观测、化学成分分析)健康效应健康效应辐射强迫辐射强迫细粒子及气体污染物细粒子及气体污染物气 象 作 用（风、雾）白志鹏等 灰霾与能见度研究进展气 象 作 用（风、雾）白志鹏等 灰霾与能见度研究进展-过程工程学报过程工程学报2006年年S2期期17背景-与能见度关系背景-与能见度关系霾预报等级霾预报等级霾的观测和预报等级霾的观测和预报等级(QXT113-2010)/中华人民共和国气象行业标准中华人民共和国气象行业标准等级等级能见度（能见度（V）/km服务描述服务描述轻微5.0V10.0无需特别防护轻度3.0V5.0适当减少户外活动中度2.0V3.0因空气质量明显降低，人员需适当防护；减少户外活动，停止晨练；驾驶人员小心驾驶；呼吸道疾病患者尽量减少外出；重度重度V2.0空气质量差，人员需适当防护；避免户外活动，尽量留在室内；机场、高速公路、轮渡码头等单位加强交通管理，保障安全；空气质量差，人员需适当防护；避免户外活动，尽量留在室内；机场、高速公路、轮渡码头等单位加强交通管理，保障安全；18背景-等级分类背景-等级分类?通过对太阳光的吸收、散射或反射，降低大气能见度影响城市空气质量；通过对太阳光的吸收、散射或反射，降低大气能见度影响城市空气质量；?导致太阳辐射强度减弱与日照时数的减少，造成农业减产；导致太阳辐射强度减弱与日照时数的减少，造成农业减产；?引发呼吸道疾病等，对人体健康造成危害。引发呼吸道疾病等，对人体健康造成危害。19背景-危害背景-危害20灰霾定义和成因灰霾定义和成因2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10km的空气普遍混浊现象。（中国气象局，1979）Particles suspended in air,reducing visibility by scattering light;often a mixture of aerosols and photochemical smog.（美国气象学会）An atmospheric aerosol of sufficient concentration to be visible;the particles are so small that they cannot be seen individually,but are still effective in scene distortion and visual range restriction.（美国EPA）悬浮在空中肉眼无法分辨的大量微粒，使水平能见度小于10 km的天气现象（全国科学技术名词审定委员会大气科学名词，1996）21定义定义灰霾是一种由于气溶胶和气体污染造成的城市和区域性空气污染现象。灰霾发生时，细粒子浓度升高，颗粒物的粒径分布和数浓度影响能见度。颗粒物和气态污染物联合产生消光作用；化学成分影响能见度；气象特点为微风或大气层结稳定、低湿度(通常相对湿度小于80%)。由于灰霾对原有自然能见度产生了影响，是一种视觉空气质量好坏的反映。可通过大气成分的物理、物理化学、化学性质表征对灰霾等级进行定量。霾(haze)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10.0km的空气普遍浑浊现象。霾使远处光亮物理微带黄、红色，使暗物体未带蓝色。注：我国部分地区也将受到人类活动显著影响的霾称为灰霾。香港天文台和澳门地球物理暨气象局称霾为烟霞。中国气象局中国气象局QX/T 113-2010白志鹏等 灰霾与能见度研究进展白志鹏等 灰霾与能见度研究进展-过程工程学报过程工程学报2006年年S2期期22定义定义定义-对比定义-对比灰霾灰霾80%主要成分：细粒子和气态污染物主要成分：细粒子和气态污染物发生条件：天气稳定主导：大气污染发生条件：天气稳定主导：大气污染90%80%90%RH主成分是水，形成需要过饱和水汽条件，粒径一般大于2um主要成分：大颗粒发生条件：天气不稳定主导：气象因素及沙尘源主要成分：大颗粒发生条件：天气不稳定主导：气象因素及沙尘源沙尘暴沙尘暴以以O3增量为标志发生条件：强紫外照射增量为标志发生条件：强紫外照射NOx、HC等前体物主导：光照等前体物主导：光照(强紫外强紫外)光化学烟雾光化学烟雾二者共同作用灰霾与雾、沙尘暴、光化学烟雾的区别灰霾与雾、沙尘暴、光化学烟雾的区别雾雾物理方面物理方面：高浓度的细粒子产生的消光作用，与颗粒物 粒径和数浓度相关。：高浓度的细粒子产生的消光作用，与颗粒物 粒径和数浓度相关。物理方面物理方面：高浓度的细粒子产生的消光作用，与颗粒物 粒径和数浓度相关。化学方面：高浓度的细粒子产生的消光作用，与颗粒物 粒径和数浓度相关。化学方面：颗粒物和气态污染物联合产生的消光作用，需确认化学成分及其来源贡献。：颗粒物和气态污染物联合产生的消光作用，需确认化学成分及其来源贡献。化学方面化学方面：颗粒物和气态污染物联合产生的消光作用，需确认化学成分及其来源贡献。气象方面：颗粒物和气态污染物联合产生的消光作用，需确认化学成分及其来源贡献。气象方面：微风或大气层结稳定、低湿度条件下出现的一种能见度降低的天气现象。：微风或大气层结稳定、低湿度条件下出现的一种能见度降低的天气现象。气象方面气象方面：微风或大气层结稳定、低湿度条件下出现的一种能见度降低的天气现象。：微风或大气层结稳定、低湿度条件下出现的一种能见度降低的天气现象。24成因成因400 to 700 nm400425450475500525550575600625650675700725750Watson,2002,JAWMA,52(6)颗粒物粒径的影响颗粒物粒径的影响25成因-物理成因-物理谱分布与可见光（谱分布与可见光（400-700nm）02468100.0010.010.1110100Particle Aerodynamic Diameter(祄祄)Relative Mass ConcentrationAccumulationCoarsePM 10PM 2.5Geological Material,Pollen,Sea Salt Sulfate,Nitrate,Ammonium,Organic Carbon,Elemental Carbon,Heavy Metals,Fine GeologicalCondensed Organic Carbon or Sulfuric Acid Vapors,Clean EnvironmentAitkenCondensation ModeDroplet ModeNucleationFresh High Temperature Emissions,Organic Carbon,Sulfuric Acid,Metal VaporsUltrafine(PM 0.1)Nanoparticles(PM 0.01)Watson,2002,JAWMA,52(6)(um)(um)(um)(um)26成因-物理成因-物理美国1988开始的 IMPROVE（Interagency Monitoring of PROtected Visual Environment）项目考察影响能见度的五大类主要化学物质：硫酸盐、硝酸盐、元素碳、有机碳和地壳物质。化学成分的影响化学成分的影响27成因-化学成因-化学大型国际合作科研计划“印度洋实验（INDOEX）”（19951999年）研究表明，印度洋-亚洲霾的干粒子（粒径小于1m）平均质量浓度约为17g/m3,各成分的贡献分别为32%的硫酸盐、26%的有机物、14%的黑碳、10%的矿物尘、8%的铵、5%的飞灰、2%的钾、1%的海盐。28成因-化学成因-化学硫酸盐33%有机物27%BC14%矿物尘10%铵8%飞灰5%钾2%海盐1%不同气象条件下，同一污染源排放所造成的地面污染物浓度可相差几十倍乃至几百倍，这是由于大气对污染物的稀释扩散能力随着气象条件的不同而发生巨大变化的缘故。天气形势地面形势为冷高压或变性高压脊时最有利于灰霾的形成；其次是入海高压南侧；低压槽和冷风前最不利于灰霾的形成地面风出现灰霾时的风速一般比较小，以2.0m/s为多(63%)；3.0m/s为次多(19%)；当风速6.0m/s时，有利于污染物扩散，出现灰霾的机会不大地面24小时变压灰霾的出现与气压场有关，气压场的减弱有利于灰霾的形成最大连续不降雨日数降雨对污染物有冲刷作用，长时间不降雨，出现灰霾天气概率大得多气象条件的影响气象条件的影响29成因-气象成因-气象相对湿度的影响相对湿度的影响Water Growth Curves0123456789100102030405060708090100Relative Humidity(%)f(RH)fS(RH)fL(RH)OriginalfSS(RH)http:/vista.cira.colostate.edu/IMPROVE/Publications/GrayLit/gray_literature.htmf(RH)=extinction efficiency increase with RH Dv=10ln(bext/10)30成因-气象成因-气象31灰霾表征与测量灰霾表征与测量3霾观测的判识条件（霾观测的判识条件（QX/T 113-2010）能见度10.0km，排除降水、沙尘暴、扬尘、浮尘、烟幕、吹雪、雪暴等。天气现象造成的视程障碍。相对湿度小于80%，判别为霾；相对湿度80%-95%时，按照地面气象观测规范规定的描述或大气成分指标进一步判识。大气成分指标当大气成分监测站以下指标超过限值时，可作为判别霾的参考依据表 霾的大气成分指标表 霾的大气成分指标指标指标代码代码限值限值单位单位直径小于2.5m的气溶胶质量浓度PM2.575g/m3直径小于1m的气溶胶质量浓度PM165g/m3气溶胶散射系数+气溶胶吸收系数Ks+Ka480Mm-1灰霾的判识灰霾的判识 能见度能见度 能见度：具有正常视力的人在当时的天气条件下能够看清楚目标轮廓的最大距离 消光度(bext),I(x)/I(0)=e-bextx 比值=I(x)target/I(x)background 可视距离VR=(4/消光度）或者可视的最远距离 空间频率(调制传递函数)bext=4/x Deciview(dv=10ln(bext/10)I(x)=距离x处目标物的光强度?其它其它 长期均值(例如，年均值，季度均值)极值平均法（例如：能见度最差的20%的平均值，能见度最好的20%的平均值）临界值以上的发生天数，可以选取不同的临界值33灰霾的量化灰霾的量化IMPROVE 化学消光公式（化学消光公式（old）bext(Mm-1)=干消光率干消光率(m2/g)湿度乘数质量浓度湿度乘数质量浓度(g/m3)=3f(RH)(NH4)2SO4+3f(RH)NH4NO3+4OM+10EC+1Soil+0.6Coarse Mass+10(Clear Air Scattering)f(RH)=extinction efficiency increase with RH Dv=10ln(bext/10)34灰霾的量化灰霾的量化参数取值讨论参数取值讨论：（1）干消光率取值因国家地域而异，即使同一地域不同阶段也有可能不同；（2）每一种成分的干散射率变动都会引入误差；（3）对吸湿性的简化，由于对有机成分的吸湿性不了解，消光公式中假设只有(NH4)2SO4和NH4NO3吸湿。也有研究建议采用1/(1-RH)作为湿度乘数。注：Watson指出相对湿度函数并非固定值，而是由IMPROVE提供每月各监测站数据。基于成分的定量计算方法基于成分的定量计算方法CompoundOld ConversionNew ConversionNH4(SO4)=4.125S(g/m3)SameNH4NO3=1.29NO3(g/m3)SameSoil=2.2Al+2.49Si+1.63 x+2.42Fe+2.94Ti(g/m3)SameEC=1EC(g/m3)SameCoarse Mass=PM10 PM2.5 (g/m3)SameOM=1.4OC(g/m3)1.8OC(g/m3)Sea Salt=01.8Cl(g/m3)NO2=0NO2(ppb)http:/vista.cira.colostate.edu/IMPROVE/Publications/GrayLit/gray_literature.htm35灰霾的量化灰霾的量化不同粒径颗粒物的消光效率不同粒径颗粒物的消光效率注：粒径在0.1-1微米的粒子消光率较高36灰霾的量化灰霾的量化IMPROVE 化学消光公式（化学消光公式（New）ppb)(NO0.33Specific)iteS(ScatteringRayleighSaltSeaRH)(f1.7MassOrganicargeL6.1MassOrganicSmall2.8NitrateargeLRH)(f5.1NitrateSmallRH)(f2.4SulfateargeLRH)(f4.8SulfateSmallRH)(f2.2ppb)(NO0.33Specific)iteS(ScatteringRayleighSaltSeaRH)(f1.7MassOrganicargeL6.1MassOrganicSmall2.8NitrateargeLRH)(f5.1NitrateSmallRH)(f2.4SulfateargeLRH)(f4.8SulfateSmallRH)(f2.22SSLSLS2SSLSLS+MassCoarseSoilFineCarbonElementalbext6.011033/20,/20argmgSulfateTotalforSulfateTotalmgSulfateTotalSulfateeL=3/20,rgamgSulfateTotalforSulfateTotalSultateeL=SulfateeLSulfateTotalSulfateSmallarg=37灰霾的量化灰霾的量化EPA根据此式估算能见度的自然本底值东部在110130 km之间，西部在182-193km之间。理论计算发现，在自然条件下，气体分子对能见度的贡献最大，占到40%60%。非瑞利散射中，含碳颗粒的贡献最大。基于基于IMPROVE监测结果分析，目前硫酸盐对美国东部监测结果分析，目前硫酸盐对美国东部的贡献最大，占到的贡献最大，占到60%-90%，西部占到，西部占到30%。平均质量浓度（平均质量浓度（ug/m3）干消光率（）干消光率（m2/g）东部西部硫酸盐（）东部西部硫酸盐（NH4）2SO40.230.1153.0有机物有机物1.50.53.0元素碳元素碳0.020.0210.0硝酸盐硝酸盐NH4NO30.10.13.0土壤尘土壤尘0.50.51.25粗颗粒粗颗粒3.03.00.638灰霾的量化灰霾的量化灰霾测量备注人眼识别不同距离下的目标观测照相测量到目标物的距离对比透射遥控无线电计测量目标和背景的光强光路的消光测量某一光的路径中的消光，遥测光度计点消光浊度计测量颗粒物的散射黑碳仪（灰霾测量备注人眼识别不同距离下的目标观测照相测量到目标物的距离对比透射遥控无线电计测量目标和背景的光强光路的消光测量某一光的路径中的消光，遥测光度计点消光浊度计测量颗粒物的散射黑碳仪（aethalometers）测量颗粒物的光吸收）测量颗粒物的光吸收NOx分析仪测量气体吸收化学消光颗粒物中主要的化学成分消光的加权和分析仪测量气体吸收化学消光颗粒物中主要的化学成分消光的加权和理论基础：理论基础：Allard 大气灯光照度传输公式大气灯光照度传输公式(1876)Koschmiederps 白天目标物视程理论白天目标物视程理论(1924)39灰霾的测量灰霾的测量1.遥测光度计遥测光度计原理：由目标物、天空背景的视亮度比较给出大气消光系数推算气象能见度。原理：由目标物、天空背景的视亮度比较给出大气消光系数推算气象能见度。2.测大气透射率表测大气透射率表气象能见度L气象能见度Lmaxmax或气象光学距离P均可写成大气透射率（T）的函数，即或气象光学距离P均可写成大气透射率（T）的函数，即m ax3.912lnLLT=ln0.053lnlnLPLTT=3.大气散射仪大气散射仪40灰霾的测量灰霾的测量国别厂家型号、名称原理测量范围精度基线长（国别厂家型号、名称原理测量范围精度基线长（m）或散射角）或散射角/取样空间取样空间美国Belfort仪器公司CAT.NO.6113前向散射15 4800m 5%20 50/0.014m3Novalyns公司8330透射表消光10 3000m10m,75m,150m8341雾探测器后向散射10 10000m1%EG&G公司207前后散射仪前向散射60 6100m5%20 50HSS公司VR-301能见度仪前向散射30 30000m5%27 42/3000cm3德国Impulsph-ysik公司Skopograph消光10 3000m15 75mVideograph后向散射50 3000m主要能见度测量仪主要能见度测量仪41灰霾的测量灰霾的测量国别公司厂家仪器型号、名称测量原理测量范围测量精度基线长（国别公司厂家仪器型号、名称测量原理测量范围测量精度基线长（m）或散射角）或散射角/取样空间取样空间德国AEG公司AEG/DFVLR散射仪前向散射50 40000m 5%10 20/780cm3芬兰Vaisala公司MITRAS透射表消光75 10000m1%10 200mFD12P前向散射仪前向散射10 50000m无冻雾：20%雨中：30%33/200cm3法国Elecma公司LYNX透射表消光75 2000m0.5%30,40,50m可选JRI公司JRI透射表消光10 10000m0.3 3.3%日本Mcisci电子有限公司BGI透射表消光20或50m加拿大PRESENTEY工程公司PEP-9021前向散射10 10000m3542灰霾的测量灰霾的测量黑碳仪黑碳仪黑碳仪黑碳仪43AE31 AE41 AE51BCA-I灰霾的测量灰霾的测量Ecotech Aurora-3000三波段浊度仪三波段浊度仪可同时测量450nm（蓝），520n（绿）和700n（红）注：单波长浊度仪：Ecotech型号为Aurora-1000（基于M9003），TSI型号为3551，据测量的不同目的可选定三波长中的一种。TSI的三波长浊度仪 N-3563 浊度仪浊度仪浊度仪浊度仪44灰霾的测量灰霾的测量国外美国一些地区已采用了空气污染和能见度在线监测，由NSCAUM（Northeast State for Coordinated Air Use Management)发起的Camnet每15分钟提供一次监测图像，同时提供的还有空气污染状况和气象数据。ClassI地区在线监测结果绿色表示良好，黄色表示中度良好地区在线监测结果绿色表示良好，黄色表示中度良好http:/连续监测连续监测45灰霾的测量灰霾的测量国内国内中国的瓦里关作为WMO/GAW（世界气象组织-全球大气观测)位于典型气候和生态代表区域的22个全球基准站之一,自1994年建成迄今，开展了大气臭氧、气溶胶、太阳辐射、降水化学、自动气象站等项目的长期观测，对研究、评价全球气候变化起着重要作用。2005年8月18至19日大气本底观测国际研讨暨瓦里关本底台十周年纪念会图为秦大河院士为会议致辞46灰霾的测量灰霾的测量地面观测地面观测地面观测地面观测垂直观测垂直观测垂直观测垂直观测航空测量航空测量航空测量航空测量?污染气体污染特性分析；污染气体污染特性分析；?颗粒物质量及化学成分特性分析；颗粒物质量及化学成分特性分析；?颗粒物粒径谱分布特征；颗粒物粒径谱分布特征；?单颗粒物数浓度及成分谱分布特征。单颗粒物数浓度及成分谱分布特征。?不同高度气象不同高度气象不同高度气象不同高度气象风场及风向信风场及风向信风场及风向信风场及风向信息；息；息；息；?气溶胶垂直浓气溶胶垂直浓气溶胶垂直浓气溶胶垂直浓度分布。度分布。度分布。度分布。?气体污染特气体污染特气体污染特气体污染特性分析；性分析；性分析；性分析；?颗粒物质量颗粒物质量颗粒物质量颗粒物质量及化学成分特及化学成分特及化学成分特及化学成分特性分析；性分析；性分析；性分析；?颗粒物粒径颗粒物粒径颗粒物粒径颗粒物粒径谱分布特征。谱分布特征。谱分布特征。谱分布特征。三维立体综合观测三维立体综合观测灰霾的测量灰霾的测量地面和垂直观测地面和垂直观测仪器名称及型号仪器名称及型号仪器性能仪器性能主要用途主要用途生产厂家生产厂家气溶胶时间飞行质谱ATOFMS38000.033m质量数：1800Da测定气溶胶粒径和化学成分美国 TSI 公司总碳氢分析仪 TE51C010000ppmC测定总碳氢浓度美国 TE 公司高灵敏度质子转移质谱HSPTRMS最低检测限：5ppt响应时间：3m，03105个/cm3 亚微米气溶胶粒子计数测量美国 TSI 公司水基超细凝聚核粒子计数器 TSI3786 粒径（D50）：2.5nm 3m，03105个/cm3亚微米气溶胶粒子计数测量美国 TSI 公司颗粒物采样仪器颗粒物滤膜采集测定离子、元素及OC、EC 浓度仪器待定硫酸盐在线分析仪器TE5020i075g/m3测定硫酸盐浓度美国 TE 公司发动机废气排放颗粒物粒径谱仪 EEPS30900.00560.56m时间分辨率：10Hz测定气溶胶谱分布美国 TSI 公司颗粒物粒径分析谱仪ELPI0.00710m时间分辨率：23s测定气溶胶谱分布芬兰 Dekati 公司O3分析仪 49i01000ppb测定 O3美国 TE 公司NOx 分析仪 42i01000ppb测定 NOx美国 TE 公司NOy 分析仪 42iY0200ppb测定 NOy美国 TE 公司SO2分析仪 43i01000ppb测定 SO2美国 TE 公司CO 分析仪 48i050ppm测定 CO美国 TE 公司48灰霾的测量灰霾的测量仪器名称及型号仪器名称及型号仪器性能仪器性能主要用途主要用途生产厂家生产厂家云凝结核计数仪CCN1000.110Hz连续在线测定云凝结核美国 DMT 公司云粒子组合探头 CCP粒径范围：21550m；采样速率：0.110Hz测云粒子形状和谱分布等美国 DMT 公司飞机综合气象要素测量系统 ADP+AIMMS20机载使用过程中可以提供气象和飞行参数美国 DMT 公司地基型气压空腔气溶胶谱仪 PCASPX2粒径范围：0.1100m测量颗粒物粒径谱分布美国 DMT 公司GPS 定位系统GPS 定位飞机位置及高度颗粒物采样仪器颗粒物滤膜采集测定离子、元素及OC、EC 浓度仪器待定硫酸盐在线分析仪器TE5020i075g/m3测定硫酸盐浓度美国 TE 公司发动机废气排放颗粒物粒径谱仪 EEPS30900.00560.56m时间分辨率：10Hz测定气溶胶谱分布美国 TSI 公司颗粒物粒径分析谱仪ELPI0.00710m时间分辨率：23s测定气溶胶谱分布芬兰 Dekati 公司O3分析仪 49i01000ppb测定 O3美国 TE 公司NOx 分析仪 42i01000ppb测定 NOx美国 TE 公司NOy 分析仪 42iY0200ppb测定 NOy美国 TE 公司SO2分析仪 43i01000ppb测定 SO2美国 TE 公司CO 分析仪 48i050ppm测定 CO美国 TE 公司49灰霾的测量灰霾的测量航空测量航空测量PM2.5仪器（仪器（1400a）NOxO3大气颗粒物大气颗粒物大气颗粒物大气颗粒物垂直观测基垂直观测基垂直观测基垂直观测基地地地地PM2.5采样仪器采样仪器无人机航空测量平台（黑炭、无人机航空测量平台（黑炭、OPC、PM2.5、O3、VOC、PAHs等）等）小型运输机航空测量平台小型运输机航空测量平台三维立体观测三维立体观测50灰霾的测量灰霾的测量51研究实例研究实例天津天津4分析项目测试内容分析项目测试内容PM2.5质量浓度小时均值、日变化、年均值、与气象要素关系、占PM10比例离子浓度离子组成、月变化、离子平衡无机元素元素组成、富集因子OC/EC平均浓度、OC/EC比值、SOC、化学质量平衡离子、元素、OC、EC、其它能见度散射消光系数与能见度、干散射效率、能见度与PM2.5质量浓度灰霾等级划分2003-2007年灰霾等级百分比研究实例天津研究实例天津PM2.5季节分布（2008）1:00 3:00 5:00 7:00 9:0011:0013:0015:0017:0019:0021:0023:00102030405060708090100 RH T WSRH(%)/T(oC)1.01.52.02.53.03.54.04.5Wind speed(m/s)0306090120150PM2.5(ug/m3)PM2.5占PM10比例SO42-40.1%NO3-19.7%Cl-13.9%Ca2+4.4%Mg2+1.0%K+4.3%NH4+14.9%Na+1.7%无机离子浓度2007年8月7-29日平均日变化研究实例天津研究实例天津Ca28.5%Fe23.5%K19.2%Al7.5%Na6.7%Mg5.4%Zn3.6%Pb1.8%其他3.6%元素分布元素分布OC/EC分布OC,14.4%EC,3.3%地壳元素,9.4%微量元素,0.9%其他,38.9%Na+,0.6%K+,1.4%Mg2+,0.3%Ca2+,1.5%Cl-,4.6%NO3-,6.5%SO42-,13.2%NH4+,4.9%PM2.5化学质量平衡化学质量平衡研究实例天津研究实例天津颗粒物的散射消光与能见度y=1.60 xR=0.42N=3600100200300400500600050100150200250300350400PM2.5(ug/m3)bspf(Mm-1)PM2.5的干散射效率能见度和PM2.5 质量浓度变化趋势PM2.5散射系数的化学构成研究实例天津研究实例天津PM2.5化学组分构成对比化学组分构成对比灰霾日PM2.5质量平衡非霾日PM2.5质量平衡研究实例天津研究实例天津灰霾等级评价方法灰霾等级评价方法将影响灰霾形成和发展的污染物和气象因素同时考虑在内，基于灰色聚类理论，构建灰霾等级评价方法以综合反映灰霾的污染程度。将影响灰霾形成和发展的污染物和气象因素同时考虑在内，基于灰色聚类理论，构建灰霾等级评价方法以综合反映灰霾的污染程度。?选取参数的隶属函数（白化函数）选取参数的隶属函数（白化函数）?监测数据及灰类的标准化处理监测数据及灰类的标准化处理?聚类权重的计算聚类权重的计算?求聚类系数求聚类系数?聚类聚类研究实例天津研究实例天津20032007年四季灰霾等级百分比灰霾等级20032007年四季灰霾等级百分比灰霾等级20032004200520062007春季灰霾（春季灰霾（%）轻度）轻度1.9003.38.3中度中度73.696.794.39091.7重度重度24.53.35.76.70夏季灰霾（夏季灰霾（%）轻度）轻度06.89.18.10中度中度52.1758083.887.5重度重度47.918.210.98.112.5秋季灰霾（秋季灰霾（%）轻度）轻度02.6000中度中度48.173.788.282.483.9重度重度51.923.711.817.616.1冬季灰霾（冬季灰霾（%）轻度）轻度00000中度中度48.86056.758.575重度重度51.24043.341.525轻度灰霾大多出现在春季和夏季轻度灰霾大多出现在春季和夏季占占2.6%研究实例天津研究实例天津59灰霾防控灰霾防控5美国灰霾立法美国灰霾立法1999年年4月月22日，美国签署区域日，美国签署区域-霾标准，同年霾标准，同年7月月1日正式生效：到日正式生效：到2065年，使年，使156座国家公园和野生区域恢复自然可见度。座国家公园和野生区域恢复自然可见度。对应能见度约为对应能见度约为237km60灰霾防控灰霾防控US Regional Haze Rule Sets ten year goals along line between baseline and“natural visibility conditions”Uses IMPROVE aerosol measurements to monitor progress Attains natural visibility conditions by 2065 Uses deciview as indicator of haze Uses 2000-2004 as baseline Allows Regional Planning Organizations(RPOs)to develop regional emissions strategies(e.g.,emissions trading)61灰霾防控灰霾防控情况：情况：好能见度范围能见度范围:150200 kmDeciviews:107情况：情况：好能见度范围能见度范围:80140 kmDeciviews:1610Glacier 国家公园国家公园Dollyods 野生区野生区情况：差能见度范围情况：差能见度范围:1525 kmDeciviews:3328情况：差能见度范围情况：差能见度范围:3762灰霾防控灰霾防控美国采取的措施美国采取的措施?1999年4月22日，美国签署区域-霾标准，同年7月1日正式生效：到2065年，使156座国家公园和野生区域恢复自然可见度。州际区域霾标