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监测雾和霾,我们靠什么?
字号:【 作者:中国气象报记者 吴越

  北京市民孙女士每天要带着小外孙女去户外透气。临出门前,她喜欢在手机上查看一下当天的空气质量状况。
  根据统计,京津冀、长三角、珠三角区域及全国直辖市、省会城市和计划单列市等74个城市在1月份的空气质量状况不容乐观,平均超标天数比例过半,高达62.4%。这些数据如何得出?
  对雾和霾的客观监测,是准确预报、及时预警的重要前提。带着公众的疑问,记者专访了中国气象局气象探测中心大气成分中心研究员颜鹏,去认识一下那些帮助科学家研究和监测雾和霾的设备。
  从能见度和湿度两方面进行监测
  要想科学探究雾和霾,首先必须区分好这两个自然现象。“虽然它们都能造成低能见度,但其成分组成和形成机理是不同的,预报的重点和需要考虑的因素也不一样。”颜鹏解释道。
  按照《地面气象观测规范》的定义,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汽凝结物,水平能见度小于1千米;霾则是大量极细微的颗粒物均匀地浮游在空中使水平能见度小于10千米的空气普遍混浊现象。另外,还有一种轻雾的天气现象(有的称为霭),是指微小水滴或已湿的吸湿性颗粒物所构成的灰白色的稀薄雾幕,使水平能见度超过1千米但低于10千米。这就意味着根据其定义,雾和霾涉及到能见度和湿度,其相应的监测设备要有能见度测量仪器和湿度测量仪器,而这两种仪器又有多种类型。
  “如果要想把雾和霾描述得很清楚,必须从监测手段上有所侧重,并将两者的不同信息读取出来。雾主要是小水滴组成,粒径相对较大,一般在2微米以上,而霾主要是更细的气溶胶颗粒,化学组成复杂,粒径主要集中在1微米以下。”颜鹏指出,对雾的观测还有雾水采集器,主要是测量雾水含量和化学性质等。而雾滴谱仪主要是测量雾滴的大小、雾滴谱特性等。由于霾实质上就是大气气溶胶造成的能见度降低,因此有关大气气溶胶的物理、化学特性的观测仪器都可以叫做霾的观测仪器。此外,与雾、霾天气预报预警相关的还包括关于大气状态或大气热力、动力特性的测量仪器。
  设备原理及环境的差异会带来监测的不确定性
  在空气污染尚未以如此炙热的态势进入公众视野之前,对雾和霾的监测,一直属于气象部门的常规观测内容之一。对于与霾相关的气溶胶颗粒物来说,目前监测的手段很多,获得的气溶胶性质也是多种多样,其中最重要的是气溶胶颗粒的粒径分布和化学成分。而由于许多气溶胶的测量方法和气溶胶颗粒物本身的性质有关,如许多气溶胶测量仪器安装在室内,但是室内以及仪器测量的环境和大气实际环境有所差异,尤其是有些粒子受水汽影响较大。因此,这种环境差异会带来较大的不确定性。
  颜鹏补充指出,在一定条件下,一天当中雾和霾随着相对湿度的变化有时会相互转化。特别是,一旦雾滴形成,一些气态的大气污染物则很容易在水滴中发生反应,这种反应比其单纯在气体状态的环境下要快。也就是说,液态中发生的化学反应会提升形成颗粒物污染的能力与速度。这种复杂性,也直接反应到监测设备和手段的实际功效上。对气溶胶颗粒物而言,其测量结果会受到局地污染源、站点的位置以及所采用的测量仪器或技术很大的影响。这也能够解释,为什么美国大使馆和中国相关部门公布的污染情况会有所差异。颜鹏指出,除了监测设备的原理不同外,设备放置的高低、所处环境的优劣、站点数目的多少,以及测量中是否采取一些特殊的措施也会影响监测的数据与结果。比如,观测设备中是否能够考虑水汽带来的变化,是否对颗粒物中的挥发性物质的损失多少进行处理等。
  科学监测,正确预报雾和霾的重要基础
  早期针对气溶胶颗粒物的监测多数是为科学研究开展的。中国气象局的大气本底站网、沙尘暴站网以及大气成分站网也多是从环境、气候变化研究、沙尘天气预报预警等方面开展相关的观测。环保部门早期也从健康、环境达标等要求开展大气总悬浮颗粒物(TSP)、可吸入颗粒物(PM10)的测量。大范围系统性开展PM2.5监测也只是近几年随着国家关于细颗粒物PM2.5环境标准的制定以及针对雾、霾天气频发的预报预警需求,才在气象和环保部门逐步开展起来的。
  对气溶胶颗粒物质量浓度的测量目前主要有基于滤膜采样称重和连续自动测量两种方法。据颜鹏介绍,滤膜采样是当前国内外统一认为是测量气溶胶质量浓度的参考标准方法,很多国家的科学家进行颗粒物对人体健康影响的研究也多基于该方法。但是,即使是这种作为参考标准的方法,在从取样到称重这一过程中因环境改变等因素,也会造成误差。随着社会对于环境监测的需求越来越大,连续在线测量气溶胶质量浓度的自动化仪器越来越受到重视。目前,我国这两种观测方法都在使用。颜鹏补充说,对于各种类型的气溶胶质量浓度连续自动测量仪器,都需要和滤膜采样称重的方法进行对比,误差在一定的范围值内,才能被允许在有关的观测站网采用进行针对气溶胶质量浓度的业务观测。
  颜鹏告诉记者,截至2月22日,中国气象局气象探测中心共有109个针对雾霾监测的环境气象监测站点上传PM2.5的监测数据,一些新的站点也正在建设或筹建中。这可为雾霾准确预报、及时预警提供重要的数据支撑。

 

 


信息来源: 《中国气象报》2014年2月25日三版
发布日期: 2014-02-25

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